Development of metal alloy nanopastes for low-temperature and fast molding with 3D printing

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21095
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: Kawasaki Hideya 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (50322285)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上田 正人 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (40362660)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 液体金属 / 銅粒子 / 導電ペースト / 3Dプリンター

Outline of Final Research Achievements

We develop a conductive paste with copper particles dispersed in liquid metal (hereinafter referred to as LTGC paste) as a conductive material for metal 3D printers. The　liquid metal (gallium-indium eutectic (EGaIn)), which is liquid at room temperature, solidifies by an increase in　the melting point due to an alloy reaction between copper particles at 180°C, instead of the conventional method of cooling and solidifying liquid metal that was melted at high temperature. The two combinations of (1) lactic acid addition to accelerate the alloying of Ga and Cu and (2) copper nanoplate with a high active surface at the edge were important to achieve the performance of this LTGC paste.

Free Research Field

ナノ材料化学、界面化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発したLTGCペーストは、現在の「融点以上で金属粉を高温溶融し、その後冷却して凝固させる方法」から、「液体金属の融点上昇により凝固させる」というこれまでとは異なる視点により、現法で困難な、短時間、低温ヒーター加熱により金属プリンタで積層造形物を製作できる導電ペーストとしての利用が期待される。LTGCペーストの熱硬化物であるGaCu合金は、高い電気伝導性と熱伝導性を有することから、エレクトロニクス材料としても優れている。このLTGCペーストの特徴を活かし、エレクトロニクス 3D 回路、電池、センサなどのエレクトロニクスの3Dプリントの可能性を示した意義は大きい。