Elektronik dünyası yarım asırdır "sert ve kırılgan" silikon yongaların egemenliğindeydi. Ancak teknoloji artık vücudumuzla bütünleşen, kıyafetlerimize giren ve katlanabilen formlara evriliyor. Bu evrimin gizli kahramanı ise silikon değil, Mikronize Toz Katkılı Polimer Kompozitlerdir.
Bir plastiği (yalıtkan) elektriği ileten bir otoyola dönüştürmek, malzeme biliminin en zarif problemlerinden biridir. Bu yazımızda, mikronize iletken tozların esnek elektronik sistemlerdeki kritik rolünü, "Percolation" (Süzülme) teorisini ve üretim tekniklerini inceliyoruz.
Esnek bir elektronik devre üretmek için iki temel bileşene ihtiyacınız vardır:
Esnek Matris: Genellikle PDMS (Polidimetilsiloksan), TPU (Termoplastik Poliüretan) veya PET gibi esneyebilen polimerler.
İletken Dolgu: Polimerin içine gömülen mikronize metal veya karbon tozları.
Buradaki mühendislik sanatı, polimerin esnekliğini kaybetmeden, içine yeterli miktarda iletken toz yüklemektir.
Mikronize Gümüş (Ag) Tozları: Endüstri standardıdır. Oksidasyona karşı dirençlidir ve en yüksek iletkenliği sağlar. Genellikle "Flake" (pul) formundaki tozlar, "Spherical" (küresel) olanlara göre bükülme sırasında birbirleriyle temaslarını daha iyi korurlar.
Mikronize Bakır (Cu) Tozları: Gümüşe göre çok daha ekonomiktir ancak oksidasyon riski taşır. Gelişmiş üretimlerde, oksidasyonu önlemek için bakır partikülleri nano-gümüş veya organik asitlerle kaplanır (Core-Shell yapısı).
Karbon Bazlı Tozlar (Grafen/CNT): Metal tozlarına göre iletkenlikleri daha düşüktür ancak mekanik dayanımları ve esneklikleri çok daha yüksektir. Genellikle "Hibrit Mürekkepler"de metallerle karıştırılarak çatlamayı önlemek için kullanılırlar.
Bir polimerin içine rastgele toz attığınızda elektrik iletmez. İletim için parçacıkların birbirine değerek kesintisiz bir yol oluşturması gerekir.
Süzülme Eşiği Nedir? İletkenliğin aniden başladığı kritik dolgu oranıdır.
Mühendislik Hedefi: Bu eşiğin hemen üzerinde bir dolgu oranı yakalamaktır. Çok az toz koyarsanız devre çalışmaz; çok fazla toz koyarsanız malzeme sertleşir, esnekliğini kaybeder ve ilk bükülmede kırılır.
Mikronize Tozun Avantajı: Nano tozlara kıyasla, mikronize tozların süzülme eşiği genellikle daha düşüktür ve aglomerasyon (topaklanma) sorunları daha azdır, bu da üretimi kolaylaştırır.
Mikronize tozlar, doğrudan polimere karıştırılabildiği gibi, en yaygın kullanım alanı "İletken Mürekkepler" (Conductive Inks) formundadır.
Serigrafi (Screen Printing): En yaygın yöntemdir. Yüksek viskoziteli (macun kıvamında) gümüş veya karbon pastalar, bir elek yardımıyla esnek yüzeye basılır. Burada tozun partikül boyutu ve dağılımı (PSD), baskı kalitesini doğrudan etkiler.
Mürekkep Püskürtme (Inkjet Printing): Daha düşük viskoziteli, çok ince mikronize tozlar içeren mürekkepler kullanılır. Kişiye özel devre basımı için idealdir.
Sinterleme (Fırınlama): Baskı yapıldıktan sonra, toz partiküllerinin birbirine kaynaması için ısı veya lazer (Photon Sintering) uygulanır. Bu aşama, esnekliğin kazanıldığı ve iletkenliğin maksimuma çıktığı andır.
Elektronik Deri (E-Skin): Robotların dokunma duyusuna sahip olmasını sağlayan, basıncı ve sıcaklığı algılayan mikronize toz katkılı elastomerler.
Akıllı Tekstil: Sporcu kıyafetlerine entegre edilen, teri analiz eden veya EKG çeken yıkanabilir devreler.
Esnek Ekranlar ve Güneş Panelleri: Katlanabilir telefonların menteşe noktalarındaki mikroskobik iletken yollar.
RFID ve NFC Etiketleri: Lojistik sektöründe kullanılan, kağıt üzerine basılabilen ucuz ve esnek antenler.
Mikronize toz katkılı esnek sistemler, katı hal elektroniğinin sınırlarını zorluyor. Doğru partikül boyutu, doğru morfoloji (pul veya küre) ve doğru polimer matrisi seçimiyle; artık bükülebilen, uzayabilen ve hatta buruşturulabilen elektronik cihazlar üretebiliyoruz. Toz metalurjisi, bu yeni çağın en önemli hammadde tedarikçisi konumundadır.
