日本的中央大學理工學部電氣電子資訊通訊工學科的李恆助教、河野行雄教授、松崎勇鬥（研究生）等人組成的研究團隊發表研究成果稱，透過在自主開發的多功能「光·電磁波攝影感測器片」中應用印刷技術，成功地建立了一種利用印刷技術將液體油墨形態的各種材料以高度附著力印刷到薄片上的高效製造工藝。這種工藝可抑制元件斷線和動作故障，使製造效率和耐久性得到飛躍性提升。該成果有望促進提高製造效率，促進高度耐用感測器片的實際應用。相關成果刊登在國際學術雜誌《Advanced Materials Interfaces》9月23日號上。
圖1 新開發的絲網印刷方法（左），光·電磁波感測器薄片（中），光學顯微鏡影像（右）（供圖：中央大學）
隨着IoT（物聯網）社會的到來，對NDI技術的需求迅速增長。人們對能夠以大面積、非接觸方式獲取檢測資訊的光·電磁波撮像技術的期望也越來越高。特別是毫米波、太赫茲波和紅外波等介於可見光和廣播無線電之間的光波和電磁波，因可以識別構成大部分工業製品和基礎設施的非金屬材料，因此有望在NDI技術中發揮核心作用。
迄今爲止，該研究團隊一直在研究同一波段的NDI設備和系統。特別是，透過使用奈米碳管（CNT）薄膜作爲元件材料，開發出了世界上首個輕薄、柔軟且可拉伸的超寬波段、高靈敏度毫米波-紅外波段撮像感測器片。
另一方面，在元件製造工藝中，感測器部分的CNT薄膜與負責訊號讀出的電極接線之間經常發生斷線，這已成爲未來大型積體電路化的一個課題。
此次，研究團隊首先調查了斷線的終極因數，發現是由於傳統的CNT薄膜加工方法剝離轉移造成的。接着，作爲不需要剝離轉移的CNT成膜方法，研究人員借鑑版畫和T恤印刷中將油墨壓模印到部分孔中的塗刷方法，新引入了一種絲網印刷方法。
研究還發現，可以透過調節油墨的粘度來控制膜質和膜厚，並且可以在塗刷視窗設計階段控制選擇性形成的CNT薄膜的尺寸。
此外，還證實，與傳統的電極界面處容易斷線的傾向相比，這種絲網印刷方法在耐久性方面有了飛躍性的提升。
作爲這些高耐久性和高產能元件製造工藝的結晶，透過絲網印刷技術成功實施了CNT薄膜攝影元件的多元件整合及其在NDI設備中的應用。
未來的目標是將絲網印刷擴展到在二維平面上高密度、大規模地整合CNT薄膜型畫素的相機片材中。
該技術有望超越當前使用靜態影像攝影的NDI示範，隊形變換爲攝影機型的即時檢測影片攝影。
除了CNT分散液和導電漿料之外，還驗證了高靈敏度光·電磁波檢測所必需的摻雜液，以及電極立體交叉佈線所不可或缺的絕緣漿料的絲網印刷，並且發現可適用於相機化時的複雜整合結構。
李恆助教表示：「隨着對NDI的需求日益增加，檢測元件的易用性與提高檢測元件本身的性能變得同樣重要。這項研究的着眼點是一個非常樸素的疑問‘爲什麼元件這麼容易損壞’，我們在解決這一疑問的同時，建立了一個不需要客戶掌握特殊技能的簡單製造工藝。今後我們將繼續操作專注於高性能化和易用性，努力打造能夠反饋社會的原創相機。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Advanced Materials Interfaces
論文：All-Screen-Coatable Photo-Thermoelectric Imagers for Physical and Thermal Durability Enhancement
DOI：10.1002/admi.202300528
