日本的中央大学理工学部电气电子信息通信工学科的李恒助教、河野行雄教授、松崎勇斗（研究生）等人组成的研究团队发表研究成果称，通过在自主开发的多功能“光·电磁波摄像传感器片”中应用印刷技术，成功地创建了一种利用印刷技术将液体油墨形态的各种材料以高度附着力印刷到薄片上的高效制造工艺。这种工艺可抑制元件断线和动作故障，使制造效率和耐久性得到飞跃性提升。该成果有望促进提高制造效率，促进高度耐用传感器片的实际应用。相关成果刊登在国际学术杂志《Advanced Materials Interfaces》9月23日号上。
图1 新开发的丝网印刷方法（左），光·电磁波传感器薄片（中），光学显微镜图像（右）（供图：中央大学）
随着IoT（物联网）社会的到来，对无损检测技术的需求迅速增长。人们对能够以大面积、非接触方式获取检测信息的光·电磁波撮像技术的期望也越来越高。特别是毫米波、太赫兹波和红外波等介于可见光和无线电波之间的光波和电磁波，因可以识别构成大部分工业制品和基础设施的非金属材料，因此有望在无损检测技术中发挥核心作用。
迄今为止，该研究团队一直在研究同一波段的无损检测设备和系统。特别是，通过使用碳纳米管（CNT）薄膜作为元件材料，开发出了世界上首个轻薄、柔软且可拉伸的超宽波段、高灵敏度毫米波-红外波段撮像传感器片。
另一方面，在元件制造工艺中，传感器部分的CNT薄膜与负责信号读出的电极接线之间经常发生断线，这已成为未来大规模集成化的一个课题。
此次，研究团队首先调查了断线的原因，发现是由于传统的CNT薄膜加工方法剥离转移造成的。接着，作为不需要剥离转移的CNT成膜方法，研究人员借鉴版画和T恤印刷中将油墨压印到部分孔中的涂刷方法，新引入了一种丝网印刷方法。
研究还发现，可以通过调节油墨的粘度来控制膜质和膜厚，并且可以在涂刷窗口设计阶段控制选择性形成的CNT薄膜的尺寸。
此外，还证实，与传统的电极界面处容易断线的倾向相比，这种丝网印刷方法在耐久性方面有了飞跃性的提升。
作为这些高耐久性和高产能元件制造工艺的结晶，通过丝网印刷技术成功实现了CNT薄膜摄像元件的多元件集成及其在无损检测设备中的应用。
未来的目标是将丝网印刷扩展到在二维平面上高密度、大规模地集成CNT薄膜型像素的相机片材中。
该技术有望超越当前使用静态图像摄像的无损检测演示，发展为摄像机型的实时检测视频摄影。
除了CNT分散液和导电浆料之外，还验证了高灵敏度光·电磁波检测所必需的掺杂液，以及电极立体交叉布线所不可或缺的绝缘浆料的丝网印刷，并且发现可适用于相机化时的复杂集成结构。
李恒助教表示：“随着对无损检测的需求日益增加，检测元件的易用性与提高检测元件本身的性能变得同样重要。这项研究的着眼点是一个非常朴素的疑问‘为什么元件这么容易损坏’，我们在解决这一疑问的同时，建立了一个不需要用户掌握特殊技能的简单制造工艺。今后我们将继续专注于高性能化和易用性，努力打造能够回馈社会的原创相机。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Advanced Materials Interfaces
论文：All-Screen-Coatable Photo-Thermoelectric Imagers for Physical and Thermal Durability Enhancement
DOI：10.1002/admi.202300528
