Heidelberg ve Stuttgart üniversitelerinden araştırmacılar, ışık tabanlı bir işlem kullanarak elektrokimyasal olarak anahtarlanabilen, iletken polimerlerin 3 boyutlu olarak basılmasını mümkün kılan yeni bir ‘mürekkep’ türü geliştirdi. Ekip, dijital ışık işlemeyle (DLP) eklemeli üretim için kullanışlı, redoks polimerleri üretmeyi başardı.
Bu şekilde oluşturulan karmaşık iki ve üç boyutlu yapılar, elektrokimyasal olarak renk değiştirecek şekilde işlenebiliyor. Bu da, 3 boyutlu yazıcıyla üretilen optoelektronik cihazların üretimi için yeni perspektifler sunuyor.
Araştırma çalışması, her iki üniversite tarafından desteklenen "Karma İyonik-Elektronik Taşıma: Temellerden Uygulamalara" Araştırma Eğitim Grubu bünyesinde yürütüldü ve Advanced Functional Materials dergisinde yayınlandı.
HIZLI VE KARMAŞIK ÜRETİM
Dijital ışık işleme (DLP), ışığa duyarlı bir mürekkebin, seçici UV ışığı radyasyonu yoluyla katman katman üç boyutlu bir nesneye dönüştürüldüğü ışık tabanlı bir 3B baskı işlemidir. Diğer yöntemlere göre DLP, karmaşık yapıların hızlı bir şekilde üretilmesini sağlar.
Heidelberg Üniversitesi'nden Prof. Dr. Eva Blasco, bu teknolojinin diş hekimliğinde başarıyla kullanılmış olmasına rağmen, şimdiye kadar optoelektronikteki uygulamalar için iletken polimerlerin DLP baskısında zorluklar yaşandığını belirtti. Proje, iletken polimerler konusunda uzman olan Stuttgart Üniversitesi'nden Prof. Dr. Sabine Ludwigs ve ekibiyle yakın iş birliği içinde yürütüldü.
REDOKS AKTİF MÜREKKEP
İki araştırma ekibi, redoks aktif karbazol grupları taşıyan yeni bir metakrilat bazlı mürekkep geliştirdi. Bu redoks üniteleri, malzemelerin polimer zincirlerinde elektron vermesini veya almasını sağlayarak, elektriksel olarak iletken hale gelmelerine ve oksidasyon durumlarına bağlı olarak renk değiştirebilmelerine olanak tanıyor. Araştırmacılar, bu fotoiletken mürekkebi kullanarak, baskıdan sonra bile elektrokimyasal olarak özellikleri değiştirilebilir yapılar üretebildiler.
Araştırmacılar Christian Delavier ve Svenja Bechtold, bu araştırmanın Heidelberg ve Stuttgart'taki laboratuvarlar arasındaki yakın, disiplinlerarası iş birliği sayesinde mümkün olduğunu vurguladılar.
ŞEFRAFTAN SİYAH RENGE
Karbazol içeren bu mürekkep formülü kullanılarak, iki boyutlu piksel dizileri, dama tahtası desenleri ve çok katmanlı üç boyutlu bir piramit doğrudan eklemeli olarak üretildi. Başlangıçta neredeyse şeffaf olan bu karmaşık yapılar, elektrokimyasal uyarımla önce açık yeşil bir renk aldı, ardından koyu yeşile ve nihayetinde neredeyse siyaha döndü.
Prof. Dr. Ludwigs, bu sürecin tamamen tersine çevrilebilir olduğunu ve yapıya bağlı olarak piksel seviyesine kadar kontrol edilebildiğini ekledi. Özellikle mimarinin yüksekliğine göre (üçüncü boyutta) kontrolün heyecan verici olduğunu belirtti.
YUMUŞAK ROBOTİK İÇİN FIRSAT
Araştırmacılara göre, yüksek çözünürlüklü, ışık tabanlı 3D baskının redoks polimerleriyle birleştirilmesi, hacmin elektrokimyasal olarak değiştirilebildiği yumuşak robotik uygulamalar için piksel ekranların veya aktüatörlerin eklemeli imalatında yeni olanaklar sunuyor.
