導電性インク

導電性インクは、印刷物が電気を通すインクです。通常、グラファイトやその他の導電性材料をインクに注入することによって作られます。 ^{[ 1 ]}ナノテクノロジーの出現により、金属材料をナノ材料に置き換えることへの関心が高まっています。他のナノ材料の中でも、グラフェンやカーボンナノチューブベースの導電性インクは、高い電気伝導性と高い表面積のため人気が高まっています。^{[ 2 ]} 近年、環境に有害な有機溶媒と比較して、溶媒として水を使用した環境に優しい導電性インクの使用に、より注目が集まっています。しかし、水の高い表面張力は、その適用を妨げています。現在、さまざまな天然および合成界面活性剤が、水の表面張力を下げ、滑らかな印刷と幅広い用途のために均一なナノ材料の分散性を確保するために使用されています。^{[ 3 ]}酸化グラフェンインクは環境に優しく、大量生産できますが、絶縁性であるため、電気特性を回復するには還元インクを使用した追加の還元ステップが必要です。^{[ 4 ]}外部還元プロセスは、電子機器の大規模な連続製造には適していません。そのため、反応性インクジェット印刷としても知られるインサイチュ還元プロセスがさまざまな科学者によって開発されました。^{[ 5 ] [ 6 ]}インサイチュ還元プロセスでは、基板上で還元プロセスを実行するために、還元インクがGO印刷パターン上に印刷されます。^{[ 7 ]}

銀インクは、現代の交通機関の乗車券などに使われているRFIDタグの印刷をはじめ、プリント基板上の回路の補修や修理など、今日では様々な用途に利用されています。コンピューターのキーボードには、キーが押されたことを感知するプリント回路が組み込まれたメンブレンが使用されています。また、ガラスに抵抗線を描画したフロントガラスの曇り止めも、印刷技術を用いて作られています。

導電性インクは繊維用途において多くの潜在的な用途があるが、いくつかの問題により実現が難しい場合がある。着用を目的とすれば、インクは通常の着用や洗濯に耐えなければならず、布地の表面が不均一だと接着不良につながる可能性があるが、これらの問題に対する解決策が研究されている。^{[ 8 ]}

これらのインクは、RFIDシステム、特定の製品のトレーサビリティに一般的に使用されており、医療、獣医、食品農業、アクセス制御、セキュリティ分野、陽極および陰極印刷（例えば、「印刷可能な」酵素電池用、または有機材料P(VDF-TrFE)に基づいて動きからエネルギーを回収する柔軟または弾性のある印刷された圧電デバイスの印刷用）で発展することが期待されています。

2015年頃から、これらの材料は産業市場で工業規模で入手可能になり始めた。2000年代末には、弾性ポリマーインクはすでに「ソフトロボティクス」に利用されていた。将来的には、ナノインフォマティクス分野では、例えばナノロボットやマイクロロボット用の機能的な電子マイクロ回路を印刷できるようになることが期待されている。

ハーバード大学やMITの一部の研究者は、一時的なパッチや、いわゆるスマートタトゥー（印刷されたバイオセンサー）用の「生体感応性」インクを開発しました。皮膚の上または内部にインクを貼ると、温度や健康状態を示すことができます。たとえば、間質液中の糖濃度に応じて青から茶色に変化したり（糖尿病を参照）、皮膚のpHに応じて紫からピンクに変化したり、塩分濃度に応じて強度が変化したりします。理論的には、このようなタトゥーは目に見えず、着用者が病気のときや特定の光の下でのみ現れる可能性があります。タトゥーは、紫外線や大気汚染などの場合に現れたり、色が変わったりする可能性があります。^{[ 9 ]}医療分野がよく例として挙げられますが、他の用途も可能です。

ナノ粒子の製造・使用に伴う健康リスクに加え、ナノ粒子は、さまざまな媒体に存在、圧力、温度センサーを簡単に印刷できるため、多数の光ディスプレイ機器や、いわゆる「通信機能付き」および/または「スマート」な表面、物体、建物、車両の販売を爆発的に促進する可能性がある。メーカーは、電子機器が軽量化され、あるいは分散化される（マザーボードは、スクリーン、マイク、キー、ジョイスティック、ボタンの代わりに構造部品や外装部品に印刷される）ことで、コスト削減につながると主張している。しかし、資源と電力消費の面では、リバウンド効果が事前に予測される。自動車産業向けの導電性インク市場は、2019年の1億ユーロから2024年には20億ユーロに成長すると予想されている。現在30～40個である自動車のセンサー数は、車両の重量を増やすことなく100個に増える可能性がある。

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