未来の電子部品は新聞のように印刷される時代が来るかもしれません

新しい製造技術では、新聞印刷に似たプロセスを使用して、超高速電子機器を作るためのより滑らかで柔軟な金属を形成します。

この低コストのプロセスは、パデュー大学の研究者によって開発され、すでに産業で使用されている大規模な金属製造のためのツールを組み合わせていますが、新聞印刷のロール・ツー・ロール技術の速度と精度を利用して、今日よりも速く電子機器を製造するためのいくつかの製造障壁を取り除くことができます。

ロール・ツー・ロールレーザー誘起超塑性（Roll-to-roll laser-induced superplasticity）という新しい製造方法は、超高速の電子機器を作るために必要なナノスケールで金属を印刷します。クレジット：パデュー大学の画像 / ラムセス・マルティネス

携帯電話、ラップトップ、タブレット、そして多くの電子機器は、高速で情報を処理するために内部の金属回路に依存しています。現在の金属製造技術は、これらの回路を作るために、液体金属の小さな滴を通して回路の形にした型に流す方法を使います。これは壁にグラフィティをスプレーするようなものです。

「残念ながら、この製造技術では、表面が粗い金属回路が生成されるため、電子機器が熱を持ち、バッテリーが早く消耗してしまいます」と、産業工学および生物医学工学の助教授であるラムセス・マルティネス氏は述べています。

将来の超高速デバイスでは、さらに小さい金属部品が必要となり、そのためにはナノスケールで作るためのより高い解像度が求められます。

「金属をますます小さな形に形成するには、より高い解像度の型が必要となり、ナノスケールに到達します」とマルティネス氏は言います。「ナノテクノロジーの最新の進展を取り入れるには、金属をその粒子よりも小さいサイズでパターン化しなければなりません。それは、砂粒より小さい砂の城を作るようなものです。」

このいわゆる「成形限界」は、ナノスケール解像度で材料を高速に製造する能力を妨げています。

パデュー大学の研究者たちは、この粗さと低解像度の問題に対処するため、従来の二酸化炭素レーザーを使用してナノスケールで滑らかな金属回路を形成する新しい大規模製造方法を開発しました。これらのレーザーは、産業用切断や彫刻にすでに広く使われています。

「新聞のように金属の小さな部品を印刷することで、より滑らかな仕上がりになります。これにより、電流がよりスムーズに流れ、過熱のリスクが減少します」とマルティネス氏は述べています。

この製造方法、ロール・ツー・ロールレーザー誘起超塑性は、高速で新聞を印刷するために使われるようなロール型スタンプを利用します。この技術は、高エネルギーのレーザーショットを適用することで、金属に「超弾性」挙動を一時的に誘発し、金属がロール型スタンプのナノスケールの特徴に流れ込むことを可能にします。これにより、成形限界を回避します。

「将来的には、私たちの技術を用いたロール・ツー・ロール製造により、光と相互作用して3D画像を生成できるナノ構造を備えたタッチスクリーンや、より高感度なバイオセンサーのコスト効率の良い製造が可能になるでしょう」とマルティネス氏は語っています。