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エアロゾルジェット技術とフォトニック焼結を用いたフレキシブル熱電フィルム

University of notre dameの研究グループが、エアロゾルジェット技術とフォトニック焼結を用いた高性能フレキシブル熱電フィルムを開発しました。

この研究成果は、Advanced Functional Materialsに掲載されています。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Saeidi‐Javash, Mortaza, et al. "3D Conformal Printing and Photonic Sintering of High‐Performance Flexible Thermoelectric Films Using 2D Nanoplates." Advanced Functional Materials (2019): 1901930.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201901930




ソリューション印刷および形状適合可能な熱電(TE)デバイスは、柔軟な電子機器およびセンサーに電力を供給するための冷却およびエネルギーハーベスティングでの幅広い用途のため、かなりの注目を集めています。


真空下での蒸着のような従来の方法と比較し、柔軟なTEフィルムの製造に利用されてきたインクベースのコーティングやスプレーといった印刷方法は、製造プロセスが単純であり、TE粒子を任意のデバイスパターンに直接印刷できるというメリットがあります。

ただし、低融点のフレキシブル基板に印刷する場合、焼結温度による制限のため、印刷フィルムで優れたTE特性と機械的柔軟性を実現することは大きな課題でした。最高の性能を発揮するTE材料のほとんどは、400℃を超える高温で何時間も焼結する必要があり、従来の熱焼結では非常に限られた基板しか使用ができません。

また、従来の熱焼結とは対照的に、強力なパルス光(IPL)を使用した迅速で汎用性の高いフォトニック焼結は、エネルギーを印刷フィルムに閉じ込めることにより、下の基板を過熱/損傷することなく、高温で印刷フィルムを焼結できるため、大きな利点を提供します。



このような課題に対し、同グループは、革新的で汎用性の高い3Dコンフォーマルエアロゾルジェット印刷方法を使用して製造された柔軟なTEフィルムを報告しています。

これは、コロイドナノ粒子インクを使用して、2D平面および3D湾曲基板の両方でサブミクロンの厚さ制御でTEデバイスをマイクロスケール空間解像度で直接印刷する技術です。

迅速なIPLフォトニックシンタリングと組み合わせて、さまざまな基板上の溶液処理ビスマスカルコゲナイドベースのナノ粒子から製造された柔軟なフィルムとデバイスを実現しました。

フォトニックシンタリングにより、数秒で印刷フィルムの導電率が非導電性から2.7×10^4 S m -1に劇的に改善され、730 µW m -1の非常に高い力率が得られました。


今回開発された3Dコンフォーマルエアロゾルジェット印刷と高速フォトニックシンタリングにより、さまざまな高性能ナノ粒子インクを使用した柔軟なデバイスの大規模製造が可能になると期待されるとのことです。


#エアロゾルジェット

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