“We willen elektronische circuits kleiner en goedkoper kunnen produceren, dat is de uitdaging”, zegt Jolke Perelaer. Hij noemt als voorbeeld chips voor RFID, een identificatiesysteem gebaseerd op radiogolven. Deze techniek wordt al gebruikt in paspoorten, op tolwegen en voor de identificatie van vee. In de nabije toekomst zal RFID ook in winkels worden ingezet als een op afstand uitleesbare streepjescode. Nu worden de meeste van deze chips nog gemaakt met lithografische technieken. Maar dat heeft zo zijn nadelen, vindt Perelaer: “Je brengt een laag koper aan op een substraat, en vervolgens ets je met een sterk zuur het grootste deel daarvan weer weg. Dat is zonde van het koper, slecht voor het milieu, en het is ook nog eens een tijdrovend proces.”

Het zou veel praktischer zijn om het koper -of een ander geleidend materiaal- direct in het juiste patroon op het substraat -een siliciumplaatje of plastic folie, afhankelijk van de toepassing- aan te brengen. Dat kan in principe met een inkjetprinter. Hierin wordt de vloeibare inkt door een spuitmondje geperst, zodanig dat het druppel voor druppel vrijkomt. Tegenwoordig kun je hiermee in korte tijd ingewikkelde patronen printen, zoals iedere thuisgebruiker kan bevestigen. Gewone inkt geleidt echter geen stroom. “Je zou dan een vloeibaar metaal als inkt moeten gebruiken”, zegt Perelaer. “Maar geschikte metalen worden pas bij heel hoge temperaturen vloeibaar.” Niet erg praktisch dus.

Metaalinkt
Toch valt hierop wel iets te vinden: je kunt kleine metaaldeeltjes oplossen in een organisch oplosmiddel, dat verdampt zodra het geheel geprint is. Het moeilijke daarbij is dat die nanodeeltjes -met een doorsnede van een paar miljoenste van een millimeter- van zichzelf al min of meer vloeibaar zijn: als ze elkaar raken, smelten ze samen. Om te voorkomen dat zo grote klonten metaal ontstaan, heeft Perelaer de metaaldeeltjes ingekapseld in een laagje vetzuren of speciale polymeren.

De ‘metaalinkt’ stopte Perelaer in de inkjetprinter die voor dit doel is aangeschaft in het lab van zijn promotor prof.dr. Ulrich Schubert. Deze printer werkt net iets anders dan de alomtegenwoordige bubblejets, legt Perelaer uit: “In bubblejets wordt de inkt snel en plaatselijk verwarmd tot het begint te koken. Door de bellen die daarbij ontstaan, wordt de inkt uit het spuitmondje geperst. Dat werkt echter alleen goed bij in water opgeloste inkt.” In Perelaers printer wordt de inkt op een mechanische manier verplaatst, net als in sommige commerciële printers. “Het is een supernauwkeurige printer. Hij kost ook meer dan een ton. Maar in principe verschilt hij niet zoveel van een gewone thuisprinter.”

Sinteren
Bij het printen komen de metaaldeeltjes inclusief beschermlaagje op het substraat terecht, met als gevolg dat de geprinte lijnstructuur geen stroom geleidt. De beschermlaag werkt namelijk als isolator. Deze laag kun je wel verwijderen door het geheel te verhitten in een oven, waarna de metaaldeeltjes samensmelten tot een geleidend geheel - een techniek die sinteren wordt genoemd. Maar door de hitte zou het gebruikte plastic substraat ook beschadigen. Van de regen in de drup dus, zo lijkt het.

Ook voor dit probleem is een oplossing: “Je kunt in een magnetron de metaaldeeltjes verwarmen. Daardoor wordt het beschermlaagje ook warm, zodat het kapot gaat en verdampt.” Doordat het substraat slecht stroom geleidt, wordt dat in een magnetron niet warm en blijft het intact. “Je moet wel een speciale magnetron gebruiken met een heel laag vermogen, niet meer dan een paar watt”, zegt Perelaer lachend. In een normale magnetron gaan in een metalen voorwerp veel te grote stromen lopen, met schadelijke gevolgen voor zowel het voorwerp als de magnetron. Als je een laag vermogen loslaat op een kleine hoeveelheid metaal is er volgens Perelaer echter niets aan de hand.

Het bovenstaande procedé levert werkende chips op, maar ze zijn wat aan de grote kant. Dat komt doordat de inktdruppels nog vrij groot zijn, bijna een tiende van een millimeter. Je kunt de druppels kleiner maken door het spuitmondje te verkleinen, maar dat gaat ten koste van de printbaarheid. Voor de oplossing van dit probleem greep Perelaer deels terug op de lithografie: hij bracht met behulp van licht smalle geulen aan op een substraat. “De inkt loopt dan vanzelf in de geultjes, waardoor je lijnen kunt maken die veel smaller zijn dan de grootte van de inktdruppel.”

Perelaer ziet zichzelf in de toekomst als R&D-projectmanager in het bedrijfsleven, maar verhuist eerst met zijn promotor Schubert mee naar het Duitse Jena. “Mijn vriendin woont in Berlijn en ik wil graag dichter bij haar zijn. Het komt me daarom heel goed uit dat ik als postdoc met Schubert meekan naar Duitsland.”/.