Příprava vodivých a polovodivých vzorů digitálním tiskem nanodisperzí pro senzory par organických látek

Ing. Jan MAŠLÍK

Doctoral thesis

Preparation of Conductive and Semiconductive Patterns by Digital Printing of Nanodispersions for Sensing Devices of Organic Compound Vapours

Abstract:

Pro zjednodušení, zrychlení a usnadnění výrobních procesů se jeví technologie inkjetového tisku jako velmi efektivní a nenákladná. Z tohoto důvodu se v současnosti rychle rozvíjejí především v oblasti elektroniky, s využitím nejrůznějších vodivých polymerů a materiálů ve formě nanočástic. Práce se zabývá technologií inkjetového tisku a jejího využití v depozici funkčních materiálů ve formě tenkých vrstev a jejich aplikací. Literární část obsahuje aktuální stav a možnosti inkjetových technologií stejně jako používané materiály a jejich kompatibilitu s tiskovým zařízením, výrobním procesem a výslednou aplikací. Nejprve bylo nutné optimalizovat přípravu vodivých cest ze stříbrných nanočástic na ohebných polymerních foliích. Poté byl vyvinut inkoust z ITO (indium cín oxid) nanočástic a charakterizován pro aplikaci v senzorech detekujících páry těkavých organických sloučenin. Jako další výsledek byla rozpracována metoda vývoje inkoustu a procesu tisku pomocí bezrozměrných kritérií. Poslední část prezentovaných výsledků je věnována úspěšnému vyvinutí hydrotermální metody depozice ZnO nanodrátkových polí a jejich využití v přípravě tištěného senzoru s designem interdigitálních elektrod na polymerním substrátu. Poté byla ta samá technika použita pro vývoj nového nízkoteplotně provozovaného miniaturního sensoru plynných látek připraveného přímo na křemenném okénku UV emitující LED a využívajícího tak UV aktivaci polovodičové ZnO senzorické vrstvy nahrazující aktivaci zvýšenou teplotou.

Abstract:

To simplify, accelerate, and facilitate production processes, ink-jet technology appears to be a very effective and inexpensive alternative to conventional deposition methods. Nowadays, it is rapidly developing in electronics, with the help of conductive polymers and various materials in the form of nanoparticles. The thesis deals with inkjet printing technology as a deposition technique of functional materials in the form of thin films and their applications. The literature review covers the current state and possibilities of inkjet technologies as well as the used materials, their compatibility with the printing equipment, the fabrication process, and the final application. First, it was necessary to optimize the fabrication of conductive interconnects from silver nanoparticles on flexible polymer foils. Then, ITO (indium tin oxide) nanoparticle ink was developed and characterized for application in sensing devices detecting vapours of the organic volatile compounds. As a side product of this work, a framework for ink and inkjet printing process optimization using dimensionless criteria was developed. The last part of presented results is devoted to a successful development of a ZnO nanowire forest hydrothermal deposition method and their utilization in preparation of the IDE designed printed sensor on a polymer substrate. Then, the same technique was applied for developing a novel low temperature operated miniature gas sensing device prepared directly on the top of the quartz window of a UV emitting LED using UV activation of the semiconducting ZnO sensing layer replacing high temperature activation.

Keywords

inkjetový tisk, flexibilní elektronika, tištěné vodiče, nanočásticový inkoust, senzory

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 4. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 13. 6. 2019
• Supervisor: doc. Ing. et Ing. Ivo Kuřitka, Ph.D. et Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds