Διεργασίες εκτύπωσης και πυροσυσσωμάτωσης μελανιών νανοσωματιδίων χαλκού με laser

Κορίτσογλου, Όλγα; Koritsoglou, Olga

dc.contributor.author	Κορίτσογλου, Όλγα	el
dc.contributor.author	Koritsoglou, Olga	en
dc.date.accessioned	2019-12-20T11:01:46Z
dc.date.available	2019-12-20T11:01:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49617
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17315
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Εκτύπωση laser	el
dc.subject	LIFT	el
dc.subject	Πυροσυσσωμάτωση με laser	el
dc.subject	Μελάνια νανοσωματιδίων χαλκού	el
dc.subject	Αγώγιμες δομές νανοσωματιδίων χαλκού	el
dc.subject	Δομές νανσωματιδίων χαλκού χωρίς οξείδια	el
dc.subject	Εύκαμπτα υποστρώματα	el
dc.subject	Laser printing	en
dc.subject	LIFT	en
dc.subject	Laser sintering	en
dc.subject	Copper nanoparticle inks	en
dc.subject	Conductive copper nanoparticle patterns	en
dc.subject	Oxide free copper nanoparticle patterns	en
dc.subject	FLexible substrates	en
dc.title	Διεργασίες εκτύπωσης και πυροσυσσωμάτωσης μελανιών νανοσωματιδίων χαλκού με laser	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υλικά	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-12
heal.abstract	Η κατασκευή αγώγιμων δομών είναι μια πολύ βασική διαδικασία για την υλοποίηση όλων των μοντέρνων ηλεκτρονικών συσκευών. Για πολλές εφαρμογές της μικροηλεκτρονικής βιομηχανίας, δεν αποτελεί πλέον πρόκληση η περεταίρω μείωση του μεγέθους, αλλά το χαμηλό κόστος και τα εύκαμπτα υποστρώματα, τα οποία όμως, συνήθως δεν είναι συμβατά με τις κλασσικές τεχνικές κατασκευής ηλεκτρονικών αφαιρετικού τύπου, δημιουργώντας έτσι την ανάγκη για την χρήση εναλλακτικών τεχνικών εναπόθεσης υλικών, σε μικρομετρική κλίμακα. Μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους κατασκευής προσθετικού τύπου, βασίζεται στην άμεση εκτύπωση μελανιών με νανοσωματίδια μετάλλων με τη χρήση ακτινοβολίας laser. Αρχικά στην τεχνολογία αυτή χρησιμοποιήθηκαν ευγενή μέταλλα όπως ο χρυσός και ο άργυρος λόγω της υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας τους, και της χημικής τους σταθερότητας στο περιβάλλον, όμως το κόστος των υλικών αυτών είναι αρκετά υψηλό. Τα μελάνια με νανοσωματίδια χαλκού, μπορούν να αποτελέσουν μια οικονομική εναλλακτική λύση, καθώς ο χαλκός έχει αρκετά υψηλή αγωγιμότητα, και χαμηλότερο κόστος. Στην παρούσα εργασία, μελετώνται οι διαδικασίες εκτύπωσης και πυροσυσσωμάτωσης με laser τριών μελανιών με νανοσωματίδια χαλκού πάνω σε εύκαμπτα υποστρώματα SU8 και PEN. Για την επίτευξη των διεργασιών αυτών, έγινε χρήση ενός laser στερεάς κατάστασης υψηλής ισχύος, με χρονική διάρκεια παλμών της τάξης των nanosecond, και μήκος κύματος 532 nm. Η πειραματική διάταξη ήταν εξοπλισμένη με μια κεφαλή γαλβανομετρικών καθρεπτών, και για την οπτικοποίηση της διαδικασίας εκτύπωσης, έγινε χρήση μιας κάμερας υψηλής ταχύτητας. Ο δομικός χαρακτηρισμός των εκτυπωμένων δομών, έγινε με χρήση ενός προφιλομέτρου, ενός οπτικού μικροσκοπίου και ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης, ενώ ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός επιτεύχθηκε με μια σειρά μετρήσεων ρεύματος-τάσης (IV) δύο ακίδων, μέσω των οποίων εξήχθη η ειδική αντίσταση των πυροσυσσωματωμένων μικροδομών. Επιπροσθέτως, μελετήθηκε η οξείδωση των μελανιών νανοσωματιδίων χαλκού, με την βοήθεια των φασμάτων Raman των οξειδίων του χαλκού. Συμπερασματικά, η πυροσυσσωμάτωση με laser, καθιστά της δομές χαλκού αγώγιμες και χημικά σταθερές σε ατμοσφαιρικές συνθήκες, καθώς ανάγει τα υπάρχοντα οξείδια και αποτρέπει τον περεταίρω σχηματισμό οξειδίων λόγω του πολύ μικρού χρόνου έκθεσης (της τάξης των 100ns) των νανοσωματιδίων σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, παρουσιάζεται η επιτυχής εκτύπωση και πυροσυσσωμάτωση με laser, μιας τετραγωνικής σπείρας χαλκού, η οποία φέρει κατάλληλη ηλεκτρική αντίσταση και γεωμετρικά χαρακτηριστικά ούτος ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κεραία RFID.	el
heal.abstract	The last few years there has been increased interest in flexible electronics. Usually, the substrates of flexible components are incompatible with conventional manufacturing techniques and require alternative microfabrication approaches. One of the most widely used additive manufacturing technology relies on the direct printing of metal nanoparticle inks. In this technology, noble metals like gold and silver have been primarily employed due to their high conductivity and environmental stability, but these noble materials are costly. Copper, having high conductivity and much lower price, can be an attractive candidate for solution processed metal nanoinks. In this work, the laser printing and sintering processes of copper nanoparticle inks are investigated and presented. For these processes we used a high power laser printing set up with galvanometric mirrors, and the visualization of the printing process has been achieved with a high speed camera. The laser source of this setup is a nanosecond diode pumped solid state laser at 532nm, and the printing has been performed on SU8 and PEN flexible substrates. In order to characterize the printed patterns, we utilized optical microscopy, scanning electron microscopy and profilometry. Moreover, thorough electrical characterization was carried out using a 2 point probe IV station to extract the electrical resistivity of the printed and sintered micro-patterns. Additionally, the oxidization of the copper inks has been evaluated with the help of copper oxide’s Raman spectra. It turns out that laser sintering facilitates the accomplishment of conductive and stable Cu patterns by averting the oxidation and reducing existing oxides, owing to the very short exposure time (in the order of 100ns) of the nanoparticles to high temperatures in ambient conditions. Finally, we demonstrate the successful laser printing and sintering of a square spiral of copper pattern, whose electrical resistance, and geometrical features are appropriate for a further potential RFID antenna application.	en
heal.advisorName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76
heal.fullTextAvailability	true