ساخت جوهر رسانای الکتریکی مبتنی بر موادزیستی برای چاپ سه‌بعدی

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، مقاله جدیدی در مجله Composites Science and Technology به چاپ رسیده است که در آن جزئیات مربوط به توسعه جوهر‌های رسانای الکتریکی مبتنی بر مواد زیستی برای استفاده در افزودنی‌های چاپ سه‌بعدی تشریح شده است. این تحقیق توسط تیمی از محققان در فرانسه و ایتالیا انجام شده است.

تولید افزودنی یک فناوری انقلابی است که مزایای قابل توجهی را برای صنایع مختلف فراهم می‌کند. روش‌های تولید افزودنی مزایای سازگاری با محیط زیست، کاهش قابل توجه ضایعات مواد، مقرون به صرفه بودن، آزادی طراحی و ساخت مواد چند منظوره را ارائه می‌دهند.

ساخت مواد کاربردی در دهه گذشته به یک موضوع داغ در زمینه تولید مواد افزودنی تبدیل شده است. مواد رسانای الکتریکی برای کاربرد‌هایی مانند حسگر‌های چاپ سه‌بعدی و فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی ضروری هستند.

این مواد از نظر رسانایی الکتریکی به دلیل غلظت کم پرکننده‌هایی که می‌توانند در ماتریس‌های پلیمری گنجانده شوند، محدود هستند. روش‌های دیگری که در تحقیقات مورد بررسی قرار گرفته‌اند عبارتند از چاپ مستقیم جوهر‌های رسانای الکتریکی با استفاده از روش‌های اکستروژن مستقیم جوهر. این مسیر اکستروژن مستقیم جوهر، اتصال بهتر مواد کامپوزیتی را فراهم می‌کند و ترکیب پرکننده‌ها و بایندر‌های غیر ذوب مانند رزین‌های ترموست، هیدروژل‌ها و الیاف سلولزی را ممکن می‌سازد. جوهر نویسی مستقیم با موفقیت برای چاپ جوهر‌های رسانا استفاده شده است و ذرات رسانا مانند سیم‌های نقره، گرافن، الیگومرها، پلیمر‌هایی مانند PLA و پیش ساز‌های رزین اپوکسی را در خود جای داده است.

جوهر‌های قابل چاپ رسانای الکتریکی باید چندین پارامتر کلیدی چاپ‌پذیری را برآورده کنند. فیلامنت باید قابل اکسترود باشد و باعث گرفتگی نازل نشود و پس از چاپ و انجماد، شکل فیلامنت را حفظ کند و ثابت بماند. علاوه بر این، برای اینکه رسانای الکتریکی کارآمدی باشند، باید مقادیر کافی الکترون پس از انجماد در جوهر‌های چاپی هدایت شوند.

نانولوله‌های کربنی به طور گسترده‌ای پرکننده‌های رسانا برای استفاده در این جوهر‌های قابل چاپ بوده‌اند، اما برخی از چالش‌های اصلی هنوز در این فناوری وجود دارد. درهم‌تنیدگی و تجمع نانولوله‌های کربنی به دلیل برهم‌کنش‌های فضایی قوی باعث گرفتگی نازل می‌شود و بر قابلیت چاپ جوهر تأثیر می‌گذارد.

انتخاب بایندر مهم است، زیرا باید با پرکننده‌ها سازگار باشد و به عنوان یک محیط پخش کافی عمل کند. رزین‌های ترموست گزینه مناسبی برای بایندر هستند، زیرا ویسکوزیته قابل تنظیم دارند و با پرکننده‌های رسانای الکتریکی مانند نانولوله‌های کربنی سازگار هستند. علاوه بر این، ماتریس پلیمری را می‌توان بیشتر با کربن پر کرد تا رسانایی الکتریکی آن افزایش یابد. پلیمر‌های آلی به‌عنوان گزینه‌های اتصال‌دهنده برتر معرفی شده‌اند.

در این پروژه جوهر رسانای الکتریکی جدید مبتنی بر موادزیستی برای چاپ سه‌بعدی دستگاه‌های کاربردی با استفاده از نوشتن مستقیم جوهر ارائه شده است. این جوهر از رزین فورانیک استفاده می‌کند و نانولوله‌های کربنی و الیاف سلولزی را در خود جای می‌دهد. نویسندگان فرمولاسیون موفق جوهر‌های زیستی مبتنی بر رزین فوران رسانای الکتریکی را با پتانسیل برتر برای چاپ‌پذیری با استفاده از روش‌های تولید افزودنی نوشتاری مستقیم جوهر نشان دادند.