增材電子為電子工業(yè)和硬件設(shè)計(jì)方面提供了整個(gè)新的可能維度。柔性混合電子代表了對(duì)如何進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種認(rèn)知轉(zhuǎn)變，這種絕對(duì)的可能性勢(shì)不可擋。

       是否你正在嘗試關(guān)注著不斷縮小的消費(fèi)電子需求、減小汽車和航空每克燃油浪費(fèi)或者在追逐著可穿戴傳感器、結(jié)構(gòu)電子或軟體機(jī)器人，打印電子所帶來的設(shè)計(jì)選擇打開了傳統(tǒng)剛性硬質(zhì)板之外的可能。

    但是怎樣才能將你腦中的想法變成手中的產(chǎn)品？需要在你的工程工具盒中添加什么樣的工具？怎樣才能將外來的基板做成手板電子產(chǎn)品？有什么可能可以實(shí)現(xiàn)柔性混合電子？

      在這一系列，Voltera的技術(shù)專家將會(huì)從盒內(nèi)電子到增材打印以及批量化制造柔性混合電子器件，提供一些有幫助、實(shí)際的見解。

      我們將會(huì)討論打印電子中重要的一部分：導(dǎo)電墨水。導(dǎo)電墨水是優(yōu)異產(chǎn)品的關(guān)鍵，Voltera已經(jīng)開發(fā)了在墨水材料科學(xué)以及實(shí)際設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)方面的專業(yè)知識(shí)。在這篇文章之后，希望可以看見導(dǎo)電墨水可以作為工程工具盒中一項(xiàng)，像你的焊槍、電壓表、鑷子一樣。

從導(dǎo)電墨水開始

      當(dāng)很多導(dǎo)電墨水的創(chuàng)新是在面向遙遠(yuǎn)未來的全打印，事實(shí)是你很有可能經(jīng)常會(huì)涉及到導(dǎo)電墨水。筆記本電腦的薄膜鍵盤，射頻標(biāo)簽、葡萄糖試條、太陽能面板，印刷加熱器等等。導(dǎo)電墨水在很多成熟工業(yè)中是主要部分。取決于你的定義，甚至SMT電阻都是歸于導(dǎo)電墨水的提攜（尤其固化厚膜漿料類。）

     如果墨水已經(jīng)如此普遍，為什么我們大多數(shù)人卻很少用到？主要有一些原因，接觸導(dǎo)電墨水（和通常的印刷電子）是有點(diǎn)模糊的情況下。從獲取電燈泡那一刻到你手中的實(shí)際產(chǎn)品是項(xiàng)艱難的工作。

      當(dāng)我們?cè)跇?gòu)建最終的V-One設(shè)備時(shí)候，經(jīng)歷了這個(gè)確切的情況。當(dāng)我們?cè)谠缙陔A段意識(shí)到導(dǎo)電墨水會(huì)是我們產(chǎn)品的關(guān)鍵部分，我們立刻舍棄了這些終端數(shù)據(jù)以及模糊的特性，感覺到這些最終會(huì)帶來的不確定的結(jié)果。

      幸運(yùn)的是，9年后，數(shù)百種墨水合成，成千個(gè)小時(shí)的測(cè)試，以及花費(fèi)的很大力氣，我們?cè)谶@來幫助指導(dǎo)大家順利通過同樣的過程，希望在過程中能夠碰撞出火花。

    如何選擇墨水的？

       對(duì)于每個(gè)人，讓我們?cè)陂_始之前澄清最重要的一件事，你不能選擇真空條件下的墨水。一個(gè)墨水是一項(xiàng)工程決策。它意味著從你的需求開始，看看可能的選項(xiàng)，針對(duì)預(yù)想的結(jié)果以及資源進(jìn)行優(yōu)化

     性能標(biāo)準(zhǔn)是什么？計(jì)劃如何實(shí)現(xiàn)它？預(yù)算多少開支？它是如何與用戶交互以及使用環(huán)境是怎樣？需要滿足哪些規(guī)范？等等

      同樣，選擇墨水意味著要做一系列很重要的決定，所有都是基于你需要你的設(shè)備做什么?一旦你知道你的應(yīng)用特征，將會(huì)做出墨水選擇—三個(gè)選擇：

a）墨水

b）基板

c） 打印技術(shù)

我知道還有很多需要考慮，不用擔(dān)心，我們將會(huì)解決在獨(dú)立的小方塊中解決這些問題，很快你就會(huì)像專家一樣討論這些墨水。

在這篇文章中，我們將會(huì)討論一些墨水的基本面，這樣你能夠熟悉一些術(shù)語和核心概念。

   接下來我會(huì)討論打印技術(shù)和基板方面的選擇，你需要做出什么樣的選擇，之后會(huì)以Voltera的案例來解釋如何根據(jù)我們的需要來做出選擇，這些將會(huì)幫助闡明你需要關(guān)注什么，為什么以及如何測(cè)試。

什么是導(dǎo)電油墨？

我們先從下面廣義和狹義的定義開始：

導(dǎo)電墨水是一種可印刷的材料，經(jīng)過處理后可導(dǎo)通電流。

我們從定義中快速挖掘一下：

印刷：意味著墨水可以通過某種方式增材圖形化至表面。不同的墨水存在不同印刷技術(shù)，每種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

處理：大多數(shù)墨水實(shí)際上在處理之前是不能導(dǎo)電的，其通常意味著要加熱。我們的目的，僅僅討論低溫固化墨水（＜250℃）

導(dǎo)電性：導(dǎo)電墨水實(shí)際上是功能墨水的一個(gè)分支，意味著墨水在審美或者結(jié)構(gòu)之外的用途。導(dǎo)電墨水到目前是最大的一個(gè)分支，其任務(wù)是為電子提供A到B的通道。

說了這些，讓我們討論下這些墨水是如何制成的。

導(dǎo)電墨水是由什么制成的？導(dǎo)電墨水主要有兩部分：

填料：這個(gè)是導(dǎo)電部分，通常是金屬顆粒，這為導(dǎo)電墨水提供電特性。

載體:包含了粘結(jié)劑、分散劑、溶劑、添加劑，其可以使金屬顆粒懸浮，墨水可以流動(dòng)或者干燥，使其結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性和適應(yīng)性，墨水的其他特性需要使其自身性能最佳。

填料材料

填料材料歸根結(jié)底有兩種選擇，銀和其他填料。我知道這是具有很大的廣泛性，但是聽我講，這是一個(gè)實(shí)用性指導(dǎo)而學(xué)術(shù)評(píng)論。

銀

     當(dāng)遇到選擇填料時(shí)，銀通常會(huì)由于人們所關(guān)注的一些因素而勝出。

導(dǎo)電性和成本；可獲取性；容易使用/穩(wěn)定性

     銀在導(dǎo)電性方面是最好的，和性能一樣重要的事實(shí)是銀墨水是最普遍的。銀很早就進(jìn)入了工業(yè)領(lǐng)域，從最主要的墨水供應(yīng)商提供的為銀基墨水，有很多選擇在化學(xué)特性以及配置方面可以適合你特別的需求。

從容易使用方面，通過與其最相近的競爭者銅的對(duì)比進(jìn)行說明。

銅

我知道上面提的銀和其他類型填料，但是銅是值得一提的，因?yàn)槠渫ǔＪ侨藗兊氖走x，銅的價(jià)格比銀便宜好多。如果你是從傳統(tǒng)電子工業(yè)中出來的，便知道銅到處都是。

事實(shí)是，墨水并不是塊體金屬。就像電腦的成本是比其所有零部件加起來的成本要高，油墨整體的成本包括原材料成本、研發(fā)成本以及使用它所產(chǎn)生的額外成本。

銅最大的問題是氧化。銅墨水在空氣固化過程中會(huì)氧化，導(dǎo)致銅顆粒無法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性。為了阻止氧化，你需要在還原劑氮?dú)庵羞M(jìn)行泵送，增加了成本以及在原材料成本方面的復(fù)雜性。

當(dāng)然還有一些變通的方法，如銀銀包銅，但都會(huì)增加額外的成本以及稀缺性，意味著銀在導(dǎo)電性和成本的平衡方面是最優(yōu)的。

據(jù)說，有一些團(tuán)隊(duì)致力于大氣氣氛下固化銅墨水，如果處理成本具有可比性的話，銅在焊接性方面比銀好很多，其在與標(biāo)準(zhǔn)的SMT工藝方面具有很好的兼容性。

 其他類型

在這還有很多其他不同類型的導(dǎo)電墨水填料-碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電樹脂或者無顆粒相墨水，每種都有其自身獨(dú)特的配方和說明，這些都不在本文的討論范圍。如果你正在沿著其中一條技術(shù)路線，必然應(yīng)該有很好的理由。

顆粒尺寸？形貌？金屬含量？

顆粒的尺寸，形貌以及固含量是在合成墨水是主要考慮的，需要權(quán)衡考慮導(dǎo)電性、處理溫度、成本和流動(dòng)特性等。

除非是你了解到事實(shí)本質(zhì)，深入研究配方，這些問題還是留給制造商。在這需要知道的是：金屬固含量高意味著高導(dǎo)電性和高粘度。例如，低粘度、水一樣的噴墨墨水通常固含量在10~20%范圍，厚膜絲網(wǎng)印刷的漿料可以達(dá)到80%左右的銀含量。通常顆粒尺寸和形貌，越小的顆粒，導(dǎo)電性越高，成本也更高。為了方便，這里按照經(jīng)驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行了大致分類：

微米尺寸（1~5微米）：通常，最便宜，低導(dǎo)電性主要在于其接觸電阻；亞微米尺寸：（0.3~1微米），納米尺寸：（＜0.3微米）

當(dāng)談?wù)摰筋w粒形貌時(shí)，你可以假設(shè)其為片狀，但是通常并不是?？梢酝ㄟ^下面的掃描電鏡圖片可以看出。

當(dāng)采用低溫固化油墨時(shí)，你的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是在熱處理過程中揮發(fā)溶劑所形成的，在粘結(jié)劑中懸浮的填料顆粒，在這種浸滲體系中顆粒之間是可以相互接觸的，本質(zhì)上，這種隨機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)是可以讓電子從一端到另一端的。

在大多數(shù)情況下，就是這樣，顆粒就待在那，隨機(jī)相互接觸，當(dāng)電子在網(wǎng)絡(luò)中找到最短的路徑。這意味著導(dǎo)電性主要由接觸電阻所限制。如果顆粒足夠小，這樣就有可能形成頸聯(lián)和燒結(jié)，顆粒之間的邊界線將會(huì)模糊化。這樣的話，導(dǎo)電性將會(huì)提高，但通常是價(jià)格和性能之間的權(quán)衡。

載體：這是很多配方設(shè)計(jì)師所擅長的。選擇合適的組合體以及添加劑、粘結(jié)劑、溶劑和分散比例能夠確保墨水的穩(wěn)定性、穩(wěn)定機(jī)械性能、可打印性都是一門藝術(shù)和科學(xué)。這些并不是在這深挖的，我們僅需要熟悉每部分是什么：

溶劑：溶解粘結(jié)劑和顆粒，主要影響墨水的流動(dòng)性

粘結(jié)劑：粘結(jié)劑是樹脂或者樹脂的混合物，其主要提供墨水的結(jié)構(gòu)特性，如粘附性、柔韌性、機(jī)械穩(wěn)定性、工作溫度以及其他。

分散劑：如果想讓墨水正確地流動(dòng)、固化以及存儲(chǔ)穩(wěn)定性，需要確保顆粒能夠很好的分散。顆粒團(tuán)聚是非常不好的，容易造成打印過程中堵頭。

添加劑：其他所有的東西，通常，添加劑包括調(diào)節(jié)劑用于調(diào)節(jié)墨水的流動(dòng)性來保證最佳的打印性能。