SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسی (استاد مشاور) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Reza Goli fakhabi
رضا گلی فخبی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1397
Galloping rate in usage of electronic equipment and smart materials has resulted in new demands in these areas. Among these needs, high production rate, low finishing price, and non-polluting effect on the printing technology is a kind of industry that is responsible for these environment can be named. Electronic this study, using silver nanowires, the intended conductive inks were made. In demands. One of the key elements to this technology is conductive ink. So, in conductive inks were fabricated. In this way, silver nanowires were synthesized the following, with addition of CNTs to the optimal conductive ink, hybrid glycol, ethanol, and glycerol using an ultrasonic process to obtain homogeneous using polyol method at first. The nanowires were dispersed in a mixture of ethylene conductive inks with 5, 10, 15, 20, and 25 wt. % Ag. Utilizing rheological substrate was created. The created patterns went under sintering procedure and tests, the optimal conductive ink was gained. Then, a conductive pen was made using the conductive ink and the pattern with intended dimensions on polyimide this way, the suitable temperature and time for sintering of optimal ink were inks, the intended patterns were created on the polyamide substrate and reached. Afterwards, with addition of certain amount of MWCNTs to the optimal conductive ink, hybrid conductive inks with 0.1, 0.15, 0.25, 0.5, and 0.75 wt. % CNT were made. Rheological tests were done on these inks likewise. Using microscopy (TEM) tests have shown that the nanowires were synthesized properly sintering process was performed at suitable conditions which were obtained earlier. Electrical resistance of the patterns was measured after bending cycles to investigate the mechanical stability of the inks. The results of X-ray diffraction (XRD), ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrophotometry, field emission scanning electron microscopy (FESEM), and transmission electron wettability of inks with substrate diminishes. Based on the results of these with an approximate 100 dimensional ratio. Viscometry and surface tension tests indicated that with the increment of nanowires’ weight percent at ink, the established bonds among the present ethylene glycol molecules at ink and PVP on amounts of viscosity and surface tension increase. This increase is due to tests, the ink with 10 wt. % Ag nanowire (W10), 10.1 cp viscosity, 30.63±0.06 mN/m the surface of nanowires. Owing to the increment of ink’s surface tension, the completely done in none of these temperatures, the optimal temperature could surface tension, and the wetting angle of 17.11? was selected as the optimal ink. The results of 4-point probe test showed that with the increment of sintering temperature from ambient temperature to 160?C in 1 hour, specific electrical resistance of the pattern diminishes from 145.7±8.2 ??.cm and the linkage of nanowires together. As the sintering process has been to 38.5±2.6 ??.cm. This decrease is due to the progress of sintering process result, the optimal sintering time was considered to be 75 min. The results of not be estimated. Subsequently, owing to the constraints which the substrate has, the 160?C was selected as the suitable temperature. Also, following the resistivity reaches 33.7±2.9 ??.cm from 86.5±6.7 ??.cm. With the increment of process more than 90 min, no remarkable effect increase of sintering time at the 160?C from 15 min to 75 min, electrical rheological test for hybrid inks demonstrate that with the increment of is obtainable and the electrical resistivity diminishes to 32.0±1.8 ??.cm; As a w. % to 0.5 wt. %, the resistivity of layer diminishes to 0.104±0.003 ?.sq -1 nanowires at ink from 0.1 wt. % to 0.75 wt. %, the viscosity of ink from 8.4 cp to 9.8 cp, the surface tension from 30.75±.0.02 mN/m to 31.32±0.03 mN/m, and the wetting angle from 17.76? to 21.55? increase These increments are due to the increase of hydrogen interaction among ethylene glycol molecules and probe test showed that with the increment of nanowire’s amount at ink from 0.1 the linkage among ethanol molecules and the surface of nanowires. The 4-point from 0.111±0.003 ?.sq -1 , and this decrease is due to bridge-like role of nanowires and the subsequent reduction in effect of pattern’s holes. Increment of nanowire’s amount to 0.75 wt. % results in the increase of layer’s resistivity to 0.106±0.003 ?.sq -1 , and this is due to the increase of contact resistance in the pattern following the effect of CNTs’ collisions together or with the nanowires.
گسترش روز افزون استفاده از تجهیزات الکترونیکی و مواد هوشمند باعث بهوجود آمدن نیازمندیهای جدیدی در این حوزهها شدهاست. از جمله این نیازمندیها میتوان به سرعت تولید بالا، هزینهی تمامشده پایین و همچنین عدم آلودگی محیط زیست اشاره نمود. فناوری الکترونیک چاپی، صنعتی است که توانایی پاسخگویی به این نیازها را دارد. یکی از مهمترین عناصر این فناوری، جوهرهای رسانا است. بدین منظور، در این پژوهش، با استفاده از نانوسیمهای نقره جوهرهای رسانای مورد نظر ساخته شد. در ادامه با افزودن نانولولههای کربنی به جوهر رسانای بهینه بدست آمده، جوهرهای رسانای هیبریدی ساخته شد. در این راستا، ابتدا با استفاده از فرآیند پلیاُل، نانوسیمهای نقره سنتز شد. این نانوسیمها با استفاده از فرآیند آلتراسونیک، درون مخلوطی از اتیلنگلیکول، اتانول و گلیسرول پخش شدند تا جوهر رسانای یکنواختی با 5، 10، 15، 20 و 25 درصد وزنی نقره ساختهشوند. با انجام آزمونهای رئولوژیکی، جوهر رسانای بهینه بدست آمد. سپس قلم رسانایی با استفاده از جوهر بهینه ساخته شد و الگوی با ابعاد مورد نظر روی زیرلایه پلیایمیدی ایجاد شد. الگوهای ایجاد شده تحت فرآیند تفجوشی قرار گرفتند و بدین ترتیب دما و زمان مناسب برای تفجوشی جوهر بهینه بدست آمد. پس از آن، با افزودن مقادیر مشخصی از نانولولههای کربنی چنددیواره به درون جوهر رسانای بهینه، جوهرهای رسانای هیبریدی با 0.1، 0.15، 0.25، 0.5 و 0.75 درصد وزنی نانولوله ساخته شد. آزمونهای رئولوژیکی روی این جوهرها نیز انجام پذیرفت. با استفاده از این جوهرها، الگوی مورد نظر روی زیرلایهی پلیایمیدی ایجاد شد و تحت شرایط مناسب تفجوشی که قبلتر بدست آمد، فرآیند تفجوشی انجام پذیرفت. در انتها مقاومت الکتریکی الگوها پس از سیکلهای خمشی اندازهگیری شد تا پایداری مکانیکی جوهرها نیز مورد بررسی قرار گیرد. نتایج آزمونهای پراش پرتو ایکس(XRD)، طیف سنجی فرابنفش-مرئی(UV-Vis)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FESEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) نشان دادند که نانوسیمهای نقره با نسبت ابعادی حدوداً 100 به درستی سنتز شدند. آزمون ویسکوزیته سنجی و تنش سطحی جوهرهای رسانا نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانوسیمها درون جوهر، مقادیر ویسکوزیته و تنش سطحی افزایش مییابد که این افزایش ناشی از پیوندهای برقرار شده بین مولکولهای اتیلن گلیکول موجود در جوهر و PVP موجود روی سطح نانوسیمها است. بهدلیل افزایش تنشسطحی جوهر، ترشوندگی جوهرها با زیرلایه کاهش مییابد. بر اساس نتایج این آزمونها، جوهر حاوی 10 درصد وزنی نانوسیم نقره(W10)، با ویسکوزیته cp 10.1، تنش سطحی mN/m0.06 ±30.63 و زاویه ی ترشوندگی17.11 درجه، به عنوان جوهر بهینه انتخاب شد. نتایج آزمون مقاومت سنجی الکتریکی نشان داد که با افزایش دمای تفجوشی از دمای محیط تا دمای 160 درجه سانتیگراد در مدت زمان یک ساعت، مقاومت ویژهی الگو از 8.2±145.7 به ??.cm 2.6±38.5 کاهش مییابد. این کاهش بهدلیل پیشرفت فرآیند تفجوشی و تصال پیداکردن نانوسیمها به یکدیگر است. از آنجاییکه فرآیند تفجوشی در هیچیک از این دماها بهطور کامل انجام نپذیرفته است، لذا دمای بهینهای نمیتوان برای این مرحله متصور شد، از این رو، بدلیل محدودیتهایی که زیرلایه دارد، دمای 160 به عنوان دمای مناسب انتخاب شد. همچنین در اثر افزایش زمان فرآیند تفجوشی در دمای 160 از 15دقیقه به 7 دقیقه، مقاومت ویژه از 6.7±86.5 به ??.cm 2.9±33.7 میرسد. با افزایش بیشتر زمان فرآیند تا 90 دقیقه، تأثیر در میزان پیشرفت فرآیند تفجوشی حاصل نمیشود و مقاومت ویژه به ??.cm 1.8±32.0 کاهش مییابد؛ از این رو، زمان بهینهی فرآیند 75 دقیقه در نظر گرفته شد. نتایج آزمونهای رئولوژیکی جوهرهای هیبریدی نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانولولهها درون جوهر از 0.1 به 0.75 درصد وزنی، ویسکوزیته جوهر از 10.2 به cp 11.2، تنش سطحی از 0.02±30.75 به mN/m 0.03±31.32 و زاویه ترشوندگی از 17.76 به 21.55 درجه میرسد. این افزایشها ناشی از افزایش برهمکنش هیدروژنی میان مولکولهای اتیلن گلیکول و همچنین پیوند برقرار کردن مولکولهای اتانول با سطح نانولولههای کربنی است. آزمون مقاومت سنجی الکتریکی نشان داد که با افزایش مقدار نانولوله در جوهر از 0.1 به 0.5 درصد وزنی، مقاومت لایه از 0.003±0.111 به 1- ?.? 0.003±0.104 کاهش مییابدکه این امر ناشی از عمل کردن نانولولهها به عنوان پل و در نتیجه کاهش اثر حفرات الگو است. افزایش مقدار نانولوله به 0.75 درصد وزنی، باعث افزایش مقاومت لایه به 1- ?.? 0.003±0.106 میشود که این اتفاق بدلیل افزایش مقاومت تماسی درون الگو در اثر برخورد نانولولههای کربنی با یکدیگر و یا با نانوسیمها است.در اثر اعمال سیکلهای خمشی روی الگوهای ایجاد شده با جوهرهای هیبریدی و جوهر W10، مقاومت الکتریکی لایه افزایش پیدا میکند. در اثر اعمال 3000 سیکل خمشی روی الگوها، درصد تغییرات مقاومت الکتریکی برای الگوهای شده با جوهر W10، H15، H25، H50 و H75، به ترتیب 90.9%، 88.6%، 79.6%، 76.5%، 65.4% و 55.7% بود. مشاهده میشود که هر چه درصد وزنی نانولنهی کربنی درون جوهر افزایش یابد، میزان تغییرات مقاومت الکتریکی کمتر خواهد بود.