增材電子為電子工業(yè)和硬件設(shè)計方面提供了整個新的可能維度。柔性混合電子代表了對如何進行產(chǎn)品設(shè)計的一種認知轉(zhuǎn)變，這種絕對的可能性勢不可擋。

       是否你正在嘗試關(guān)注著不斷縮小的消費電子需求、減小汽車和航空每克燃油浪費或者在追逐著可穿戴傳感器、結(jié)構(gòu)電子或軟體機器人，打印電子所帶來的設(shè)計選擇打開了傳統(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？有什么可能可以實現(xiàn)柔性混合電子？

      在這一系列，Voltera的技術(shù)專家將會從盒內(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、實際的見解。

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

從導電墨水開始

      當很多導電墨水的創(chuàng)新是在面向遙遠未來的全打印，事實是你很有可能經(jīng)常會涉及到導電墨水。筆記本電腦的薄膜鍵盤，射頻標簽、葡萄糖試條、太陽能面板，印刷加熱器等等。導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，接觸導電墨水（和通常的印刷電子）是有點模糊的情況下。從獲取電燈泡那一刻到你手中的實際產(chǎn)品是項艱難的工作。

      當我們在構(gòu)建最終的V-One設(shè)備時候，經(jīng)歷了這個確切的情況。當我們在早期階段意識到導電墨水會是我們產(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，感覺到這些最終會帶來的不確定的結(jié)果。

      幸運的是，9年后，數(shù)百種墨水合成，成千個小時的測試，以及花費的很大力氣，我們在這來幫助指導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？

       對于每個人，讓我們在開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。一個墨水是一項工程決策。它意味著從你的需求開始，看看可能的選項，針對預想的結(jié)果以及資源進行優(yōu)化

     性能標準是什么？計劃如何實現(xiàn)它？預算多少開支？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?一旦你知道你的應用特征，將會做出墨水選擇—三個選擇：

a）墨水

b）基板

c） 打印技術(shù)

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

在這篇文章中，我們將會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，這些將會幫助闡明你需要關(guān)注什么，為什么以及如何測試。

什么是導電油墨？

我們先從下面廣義和狹義的定義開始：

導電墨水是一種可印刷的材料，經(jīng)過處理后可導通電流。

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)點和缺點。

處理：大多數(shù)墨水實際上在處理之前是不能導電的，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℃）

導電性：導電墨水實際上是功能墨水的一個分支，意味著墨水在審美或者結(jié)構(gòu)之外的用途。導電墨水到目前是最大的一個分支，其任務是為電子提供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。

導電墨水是由什么制成的？導電墨水主要有兩部分：

填料：這個是導電部分，通常是金屬顆粒，這為導電墨水提供電特性。

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，墨水可以流動或者干燥，使其結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性和適應性，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，這是一個實用性指導而學術(shù)評論。

銀

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

導電性和成本；可獲取性；容易使用/穩(wěn)定性

     銀在導電性方面是最好的，和性能一樣重要的事實是銀墨水是最普遍的。銀很早就進入了工業(yè)領(lǐng)域，從最主要的墨水供應商提供的為銀基墨水，有很多選擇在化學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比進行說明。

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，因為其通常是人們的首選，銅的價格比銀便宜好多。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氧化，導致銅顆粒無法實現(xiàn)導電性。為了阻止氧化，你需要在還原劑氮氣中進行泵送，增加了成本以及在原材料成本方面的復雜性。

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

據(jù)說，有一些團隊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，其在與標準的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電墨水填料-碳納米管、石墨烯、導電樹脂或者無顆粒相墨水，每種都有其自身獨特的配方和說明，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)衡考慮導電性、處理溫度、成本和流動特性等。

除非是你了解到事實本質(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)印刷的漿料可以達到80%左右的銀含量。通常顆粒尺寸和形貌，越小的顆粒，導電性越高，成本也更高。為了方便，這里按照經(jīng)驗總結(jié)進行了大致分類：

微米尺寸（1~5微米）：通常，最便宜，低導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）

當談論到顆粒形貌時，你可以假設(shè)其為片狀，但是通常并不是。可以通過下面的掃描電鏡圖片可以看出。

當采用低溫固化油墨時，你的導電網(wǎng)絡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，這種隨機連接網(wǎng)絡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，隨機相互接觸，當電子在網(wǎng)絡中找到最短的路徑。這意味著導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模糊化。這樣的話，導電性將會提高，但通常是價格和性能之間的權(quán)衡。

載體：這是很多配方設(shè)計師所擅長的。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)定機械性能、可打印性都是一門藝術(shù)和科學。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、固化以及存儲穩(wěn)定性，需要確保顆粒能夠很好的分散。顆粒團聚是非常不好的，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)墨水的流動性來保證最佳的打印性能。