الکترونیک چاپی (Printed Electronics)
الکترونیک چاپی مجموعهای از روشهای چاپ است که برای ایجاد وسایل الکتریکی و الکترونیکی بر روی بسترهای مختلف استفاده میشود. چاپ معمولاً از تجهیزات چاپ رایج مناسب برای تعیین الگوهای روی مواد مانند چاپ روی صفحه، فلکسوگرافی، گراور، لیتوگرافی افست و جوهر افشان استفاده میکند. طبق استانداردهای صنعت الکترونیک، این موارد فرآیندهای کم هزینه هستند. جوهرهای الکترونیکی یا نوری با عملکرد الکتریکی بر روی بستر رسوب می‌کنند و دستگاه‌های فعال یا غیرفعال مانند ترانزیستورهای لایه نازک ایجاد می‌کنند. برخی از محققان انتظار دارند الکترونیک چاپی وسایل الکترونیکی گسترده، بسیار کم هزینه و با کارایی پایین را برای کاربردهایی مانند نمایشگرهای انعطافپذیر، برچسبهای هوشمند، پوسترهای تزئینی و متحرک و لباس های فعال که نیازی به عملکرد بالا ندارند، تسهیل کند.
اصطلاح الکترونیک چاپی اغلب به الکترونیک آلی یا الکترونیک پلاستیک مربوط میشود، که در آن یک یا چند جوهر از ترکیبات مبتنی بر کربن تشکیل شده است که میتواند توسط فرآیندهای مبتنی بر محلول، خلاء یا سایر فرآیندها رسوب داده شود. در مقابل، الکترونیک چاپی، فرآیند را مشخص میکند، و با توجه به الزامات خاص فرآیند چاپ انتخابشده، میتواند از هر ماده مبتنی بر راهحل استفاده کند. این شامل نیمه هادیهای آلی، نیمههادیهای معدنی، هادیهای فلزی، نانوذرات و نانولولهها میشود. محلول معمولاً از مواد پرکننده پراکنده در یک حلال مناسب تشکیل شده است. رایجترین حلالهای مورد استفاده شامل اتانول، زایلن، دی متیل فرمامید (DMF)، دی متیل سولفوکسید (DMSO)، تولوئن و آب است، در حالی که، رایجترین پرکنندههای رسانا شامل نانوذرات نقره، پولکهای نقره، کربن سیاه، گرافن، نانولولههای کربنی، پلیمرهای رسانا و پودرهای فلزی مانند مس یا نیکل هستند. با در نظر گرفتن اثرات زیست محیطی حلال های آلی، محققان اکنون بر روی توسعه قابل چاپ با استفاده از آب متمرکز شده اند.
مهمترین مزیت چاپ، ساخت حجم کم هزینه است. به عنوان مثال، سیستمهای RFID، که امکان شناسایی بدون تماس را در تجارت و حمل و نقل فراهم میکند. چاپ بر روی بسترهای انعطافپذیر اجازه میدهد تا لوازم الکترونیکی بر روی سطوح منحنی قرار گیرند، به عنوان مثال: چاپ سلولهای خورشیدی بر روی سقف وسایل نقلیه.
هر دو مواد آلی و معدنی برای الکترونیک چاپی استفاده میشوند. مواد جوهر باید به شکل مایع، برای محلول، پراکندگی یا تعلیق در دسترس باشند. آنها باید به عنوان رسانا، نیمه هادی، دی الکتریک یا عایق عمل کنند. الکترونیک چاپی آلی دانش و پیشرفت‌های حاصل از چاپ، الکترونیک، شیمی و علم مواد، به‌ویژه از شیمی آلی و پلیمری را ادغام میکند. از طرف دیگر، الکترونیک چاپی معدنی لایهها و رابطهای بسیار منظمی را فراهم میکند که مواد آلی و پلیمری نمیتوانند آنها را فراهم کنند. در این تکنیک از نانوذرات نقره با فلکسو، افست و جوهر افشان استفاده میشود. به عنوان مثال از ذرات طلا با جوهر افشان استفاده میشود.
آلبرت هانسون، به عنوان معرف مفهوم الکترونیک چاپی شناخته میشود. در سال 1903 او یک ثبت اختراع برای سیمهای چاپی داشت، و بنابراین الکترونیک چاپی متولد شد. هانسون پیشنهاد کرد که یک الگوی تخته مدار چاپی روی فویل مسی از طریق برش یا مهر زنی شکل بگیرد. اولین مدار چاپی در سال 1936 توسط پل آیسلر تولید شد و این فرآیند برای تولید گسترده رادیو توسط ایالات متحده در طول جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت. فناوری مدارهای چاپی برای استفاده تجاری در ایالات متحده در سال 1948 منتشر شد. در بیش از نیم قرن از زمان پیدایش، الکترونیک چاپی از تولید بردهای مدار چاپی، از طریق استفاده روزمره از سوئیچ‌های غشایی، به فناوری‌های RFID، فتوولتائیک و الکترولومینسنت امروزی تکامل یافته است. تولید گسترده لوازم الکترونیکی چاپی برای مصارف خانگی در دهه 1960 آغاز شد، زمانی که برد مدار چاپی پایه و اساس تمام لوازم الکترونیکی مصرفی شد. از آن زمان الکترونیک چاپی به سنگ بنای بسیاری از محصولات تجاری جدید تبدیل شده است.
بزرگترین روند در تاریخ اخیر در مورد لوازم الکترونیکی چاپی، استفاده گسترده از آنها در سلولهای خورشیدی است. در سال 2011، محققان یک سلول خورشیدی انعطافپذیر را با چاپ جوهرافشان بر روی کاغذ معمولی ایجاد کردند. در سال 2018، محققان دانشگاه رایس سلولهای خورشیدی آلی را توسعه دادند که میتوان آنها را روی سطوح، نقاشی یا چاپ کرد.
نوکیا یکی از شرکت‌هایی بود که ایده ساخت تلفن Morph را با استفاده از وسایل الکترونیکی چاپی آغاز کرد. از آن زمان، اپل این فناوری را در دستگاه‌های آیفون XS، XS Max و XR خود پیاده‌سازی کرده است. الکترونیک چاپی را میتوان برای ساخت تمام اجزای درون یک تلفن همراه استفاده کرد، مانند آنتن، مدارهای مجتمع، قطعات الکترونیکی اتصالات، نمایشگر، صفحع لمسی و... .