SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسي (استاد مشاور) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Reza Goli fakhabi
رضا گلي فخبي
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 تجهيزات الکترونيکي و مواد هوشمند باعث بهوجود آمدن نيازمنديهاي جديدي در اين حوزهها شدهاست. از جمله اين نيازمنديها ميتوان به سرعت توليد بالا، هزينهي تمامشده پايين و همچنين عدم آلودگي محيط زيست اشاره نمود. فناوري الکترونيک چاپي، صنعتي است که توانايي پاسخگويي به اين نيازها را دارد. يکي از مهمترين عناصر اين فناوري، جوهرهاي رسانا است. بدين منظور، در اين پژوهش، با استفاده از نانوسيمهاي نقره جوهرهاي رساناي مورد نظر ساخته شد. در ادامه با افزودن نانولولههاي کربني به جوهر رساناي بهينه بدست آمده، جوهرهاي رساناي هيبريدي ساخته شد. در اين راستا، ابتدا با استفاده از فرآيند پلياُل، نانوسيمهاي نقره سنتز شد. اين نانوسيمها با استفاده از فرآيند آلتراسونيک، درون مخلوطي از اتيلنگليکول، اتانول و گليسرول پخش شدند تا جوهر رساناي يکنواختي با 5، 10، 15، 20 و 25 درصد وزني نقره ساختهشوند. با انجام آزمونهاي رئولوژيکي، جوهر رساناي بهينه بدست آمد. سپس قلم رسانايي با استفاده از جوهر بهينه ساخته شد و الگوي با ابعاد مورد نظر روي زيرلايه پليايميدي ايجاد شد. الگوهاي ايجاد شده تحت فرآيند تفجوشي قرار گرفتند و بدين ترتيب دما و زمان مناسب براي تفجوشي جوهر بهينه بدست آمد. پس از آن، با افزودن مقادير مشخصي از نانولولههاي کربني چندديواره به درون جوهر رساناي بهينه، جوهرهاي رساناي هيبريدي با 0.1، 0.15، 0.25، 0.5 و 0.75 درصد وزني نانولوله ساخته شد. آزمونهاي رئولوژيکي روي اين جوهرها نيز انجام پذيرفت. با استفاده از اين جوهرها، الگوي مورد نظر روي زيرلايهي پليايميدي ايجاد شد و تحت شرايط مناسب تفجوشي که قبلتر بدست آمد، فرآيند تفجوشي انجام پذيرفت. در انتها مقاومت الکتريکي الگوها پس از سيکلهاي خمشي اندازهگيري شد تا پايداري مکانيکي جوهرها نيز مورد بررسي قرار گيرد. نتايج آزمونهاي پراش پرتو ايکس(XRD)، طيف سنجي فرابنفش-مرئي(UV-Vis)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي گسيل ميداني(FESEM) و ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) نشان دادند که نانوسيمهاي نقره با نسبت ابعادي حدوداً 100 به درستي سنتز شدند. آزمون ويسکوزيته سنجي و تنش سطحي جوهرهاي رسانا نشان داد که با افزايش درصد وزني نانوسيمها درون جوهر، مقادير ويسکوزيته و تنش سطحي افزايش مييابد که اين افزايش ناشي از پيوندهاي برقرار شده بين مولکولهاي اتيلن گليکول موجود در جوهر و PVP موجود روي سطح نانوسيمها است. بهدليل افزايش تنشسطحي جوهر، ترشوندگي جوهرها با زيرلايه کاهش مييابد. بر اساس نتايج اين آزمونها، جوهر حاوي 10 درصد وزني نانوسيم نقره(W10)، با ويسکوزيته cp 10.1، تنش سطحي mN/m0.06 ±30.63 و زاويه ي ترشوندگي17.11 درجه، به عنوان جوهر بهينه انتخاب شد. نتايج آزمون مقاومت سنجي الکتريکي نشان داد که با افزايش دماي تفجوشي از دماي محيط تا دماي 160 درجه سانتيگراد در مدت زمان يک ساعت، مقاومت ويژهي الگو از 8.2±145.7 به ??.cm 2.6±38.5 کاهش مييابد. اين کاهش بهدليل پيشرفت فرآيند تفجوشي و تصال پيداکردن نانوسيمها به يکديگر است. از آنجاييکه فرآيند تفجوشي در هيچيک از اين دماها بهطور کامل انجام نپذيرفته است، لذا دماي بهينهاي نميتوان براي اين مرحله متصور شد، از اين رو، بدليل محدوديتهايي که زيرلايه دارد، دماي 160 به عنوان دماي مناسب انتخاب شد. همچنين در اثر افزايش زمان فرآيند تفجوشي در دماي 160 از 15دقيقه به 7 دقيقه، مقاومت ويژه از 6.7±86.5 به ??.cm 2.9±33.7 ميرسد. با افزايش بيشتر زمان فرآيند تا 90 دقيقه، تأثير در ميزان پيشرفت فرآيند تفجوشي حاصل نميشود و مقاومت ويژه به ??.cm 1.8±32.0 کاهش مييابد؛ از اين رو، زمان بهينهي فرآيند 75 دقيقه در نظر گرفته شد. نتايج آزمونهاي رئولوژيکي جوهرهاي هيبريدي نشان داد که با افزايش درصد وزني نانولولهها درون جوهر از 0.1 به 0.75 درصد وزني، ويسکوزيته جوهر از 10.2 به cp 11.2، تنش سطحي از 0.02±30.75 به mN/m 0.03±31.32 و زاويه ترشوندگي از 17.76 به 21.55 درجه ميرسد. اين افزايشها ناشي از افزايش برهمکنش هيدروژني ميان مولکولهاي اتيلن گليکول و همچنين پيوند برقرار کردن مولکولهاي اتانول با سطح نانولولههاي کربني است. آزمون مقاومت سنجي الکتريکي نشان داد که با افزايش مقدار نانولوله در جوهر از 0.1 به 0.5 درصد وزني، مقاومت لايه از 0.003±0.111 به 1- ?.? 0.003±0.104 کاهش مييابدکه اين امر ناشي از عمل کردن نانولولهها به عنوان پل و در نتيجه کاهش اثر حفرات الگو است. افزايش مقدار نانولوله به 0.75 درصد وزني، باعث افزايش مقاومت لايه به 1- ?.? 0.003±0.106 ميشود که اين اتفاق بدليل افزايش مقاومت تماسي درون الگو در اثر برخورد نانولولههاي کربني با يکديگر و يا با نانوسيمها است.در اثر اعمال سيکلهاي خمشي روي الگوهاي ايجاد شده با جوهرهاي هيبريدي و جوهر W10، مقاومت الکتريکي لايه افزايش پيدا ميکند. در اثر اعمال 3000 سيکل خمشي روي الگوها، درصد تغييرات مقاومت الکتريکي براي الگوهاي شده با جوهر W10، H15، H25، H50 و H75، به ترتيب 90.9%، 88.6%، 79.6%، 76.5%، 65.4% و 55.7% بود. مشاهده ميشود که هر چه درصد وزني نانولنهي کربني درون جوهر افزايش يابد، ميزان تغييرات مقاومت الکتريکي کمتر خواهد بود.