Circuit Eraser: 銀ナノインク回路の『消しゴム』 Circuit Eraser: A Tool for Iterative Design with Conductive Ink

2014年10月27日

メラミンスポンジと各種液体 Melamine sponge and several kind of solvents
メラミンスポンジと各種液体 Melamine sponge and several kind of solvents (a)1Ω抵抗に接続 (b)消しゴム (c)1kΩ抵抗に変更 (d)1Ω抵抗に再接続
(a)Connect 1Ω resistor (b)Erase (c)Reconnect 1kΩ resistor (d)Connect back 1Ω resistor (a)1Ω抵抗に接続 (b)消しゴム (c)1kΩ抵抗に変更 (d)1Ω抵抗に再接続
(a)Connect 1Ω resistor (b)Erase (c)Reconnect 1kΩ resistor (d)Connect back 1Ω resistor
Concept of this system

銀ナノインクで描いた回路のパターンを消去して,そこに新たに描き直すことができる「消しゴム」を実現しました.
熱焼成が不要な銀ナノインクを用いることで,ペンやプリンタによる電子回路やセンサのラピッドプロトタイピングが可能になりつつあります.しかし,現在存在する数種類の導電性インクペンでは,いずれも一度描いたパターンを消去し,新たに描き直す消しゴムの実現は難しいものでした.消しゴムは,アンテナ試作などの試行錯誤を必要とする作業や,回路に習熟していない子供の学習をサポートする上で非常に有効であると考えられます.
約300nmの非常に薄い膜で形成された銀粒子のパターンを取り除く際,ナイフなどの乾燥した物体で削り取ろうとしても,紙表面のコーティングまで破壊してしまうため描き直しができません.そこで,数種類の媒体と液体を使って紙表面を湿らせて,表面の銀粒子だけを拭い取る実験を行った結果,メラミンスポンジと無水エタノールが描き直し性能の面で最も有効であると判明しました.
消してから100秒以内に平均10MΩ/□以上まで回路を絶縁することができ,その部分に描き直してから10秒以内に平均100Ω/□以下まで導電性を再現可能です.また,平均2.3回の描き直しができます.さらに,メラミンスポンジも無水エタノールも一般的なドラッグストア等で購入でき,危険性も低い(危険等級Ⅱ)ため,誰でも簡単に回路制作を楽しめるようになります.

We realized Circuit Eraser, which can erase/rewrite electric circuit patterns made by the technology of silver ink.
Using sintering-free silver nano-particle ink, it’s getting easier to rapidly prototype electronic devices only with a pen or a printer. However, exitsting conductive pens make it difficult to erase/rewrite already drawn patterns. Eraser enables us to make it in the trial-and-error prototyping and primary study for children.
Actually, it is quite easy to remove a 300nm thin layer of silver particle ink only with a knife or a cutter. However, they will lead to the destruction of the coating layer on paper surface, which in turn, result in a non-rewritable area. In order to maintain the coating, we experimented with several kinds of solids and solvents, and concluded that melamine sponge and alcohol are the most feasible in terms of erase/rewrite aspects.
Using them together, we can insulate circuits over 10MΩ/□ within 100s, and make them conductive again at most under 100Ω/□ within 10s. The combination of melamine sponge and alcohol allows you to erase and rewrite the conductive pattern approximately 2.3 times. Furthermore, they are off-the-shelf and safe even for children to use.
Now, you are free to try and make an error in your silver ink electronic design, because our Eraser will help you to fix it easily.

【参考文献】
Y. Kawahara et al., “lnstant lnkjet Circuits: Lab-based Inkjet Printing to Support Rapid Prototyping of UbiComp Devices,” The 2013 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing, pp.363-372, 2013.

鳴海紘也他, “銀ナノインクでの回路プロトタイピングにおける書き直し特性の計測,” 信学ソ大, B-18-3, 2014.