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Engineering

संकर स्मार्ट सेंसर के निर्माण के लिए मुद्रण

Published: January 31, 2019 doi: 10.3791/58677
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 3, 1
1Institute for Intelligent Systems Technologies, Alpen-Adria-Universität Klagenfurt, 2Carinthian Tech Research AG, 3Department for Nanostructured Materials, Jozef Stefan Institute

Summary

यहां हम inkjet के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत-additives निर्मित सब्सट्रेट और पंनी पर बहुपरत संवेदक संरचनाओं मुद्रित ।

Abstract

एक विधि additives निर्मित सब्सट्रेट या पन्नी और सेंसर उपकरणों के निर्माण के लिए बहुपरत inkjet छपाई गठबंधन करने के लिए प्रस्तुत किया है. सबसे पहले, तीन सब्सट्रेट (acrylate, चीनी मिट्टी की चीज़ें, और तांबे) तैयार कर रहे हैं । इन सब्सट्रेट, profilometer, संपर्क कोण, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM), और ध्यान केंद्रित आयन बीम (मिथ्या) माप के परिणामी सामग्री गुणों का निर्धारण करने के लिए किया जाता है । प्राप्त मुद्रण संकल्प और प्रत्येक सब्सट्रेट के लिए उपयुक्त ड्रॉप मात्रा कर रहे हैं, तो, ड्रॉप आकार परीक्षणों के माध्यम से पाया. फिर, अछूता और प्रवाहकीय स्याही की परतें inkjet है मुद्रित करने के लिए लक्ष्य संवेदक संरचनाओं बनाना । प्रत्येक मुद्रण कदम के बाद, संबंधित परतों नैनोवायर इलाज द्वारा व्यक्तिगत इलाज कर रहे हैं । प्रत्येक परत के इलाज के लिए इस्तेमाल किया मापदंडों मुद्रित स्याही पर निर्भर करता है, साथ ही संबंधित सब्सट्रेट की सतह संपत्तियों पर अनुकूलित कर रहे हैं । परिणामी चालकता की पुष्टि करने के लिए और मुद्रित सतह की गुणवत्ता का निर्धारण करने के लिए, चार सूत्री जांच और profilometer माप किया जाता है । अंत में, एक माप सेट अप और परिणाम इस तरह के एक सभी मुद्रित संवेदक प्रणाली द्वारा प्राप्त प्राप्त गुणवत्ता प्रदर्शित करने के लिए दिखाए जाते हैं ।

Introduction

Additive विनिर्माण (AM) एक प्रक्रिया है जहां सामग्री 3 डी मॉडल डेटा से वस्तुओं को शामिल कर रहे है के रूप में मानकीकृत है । यह आमतौर पर परत पर परत किया जाता है और, इस प्रकार, इस तरह के अर्धचालक निर्माण के रूप में, उपतंत्र विनिर्माण प्रौद्योगिकियों के साथ विरोधाभासों । समानार्थी शब्द 3d मुद्रण, additive निर्माण, additive प्रक्रिया, additive तकनीक, additive परत निर्माण, परत विनिर्माण, और मुक्ताकार निर्माण शामिल हैं । ये समानार्थी शब्द परीक्षण और सामग्री (एएसटीएम)1 के अमेरिकन सोसायटी द्वारा मानकीकरण से reproduced एक अद्वितीय परिभाषा प्रदान कर रहे हैं । साहित्य में, 3d मुद्रण प्रक्रिया के रूप में संदर्भित किया जाता है जहां मुद्रित वस्तुओं की मोटाई सेंटीमीटर की सीमा में भी मीटर2करने के लिए है ।

अधिक सामांय प्रक्रियाओं, जैसे stereolithography3, पॉलिमर की छपाई सक्षम है, लेकिन धातु के 3d मुद्रण भी पहले से ही व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है । धातुओं की एएम कई गुना क्षेत्रों में कार्यरत है, जैसे मोटर वाहन, एयरोस्पेस4के लिए, और चिकित्सा5 क्षेत्रों । एयरोस्पेस संरचनाओं के लिए एक लाभ की संभावना सरल संरचनात्मक परिवर्तन के माध्यम से हल्का उपकरणों प्रिंट (जैसे, एक छत्ते डिजाइन का उपयोग करके) है । नतीजतन, सामग्री के साथ, उदाहरण के लिए, अधिक यांत्रिक शक्ति, कि अंयथा वजन का एक महत्वपूर्ण राशि जोड़ना होगा (जैसे, टाइटेनियम के बजाय एल्यूमीनियम)6, कार्यरत किया जा सकता है ।

जबकि पॉलिमर के 3d प्रिंटिंग पहले से ही अच्छी तरह से स्थापित है, धातु 3d मुद्रण अभी भी एक जीवंत अनुसंधान विषय है, और कई प्रक्रियाओं की एक किस्म धातु संरचनाओं के 3d मुद्रण के लिए विकसित किया गया है । मूलतः, उपलब्ध तरीकों चार समूहों7,8, अर्थात् 1 में संयुक्त किया जा सकता है) एक तार में cladding के लिए एक लेज़र या इलेक्ट्रॉन बीम का प्रयोग-फेड प्रक्रिया, 2) sintering एक लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम, 3 का उपयोग कर सिस्टम) चुनिंदा पिघलने पाउडर का उपयोग एक लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम (पाउडर बिस्तर संलयन), और 4) एक बांधने की मशीन jetting प्रक्रिया जहां, सामांयतः, एक पाउडर सब्सट्रेट पर एक inkjet प्रिंट सिर चाल और बाध्यकारी एजेंट तिरस्कृत ।

प्रक्रिया के आधार पर, संबंधित निर्मित नमूनों अलग सतह और संरचनात्मक गुण7प्रदर्शन करेंगे । इन विभिंन गुणों को आगे के प्रयासों में विचार करना होगा और मुद्रित भागों functionalize (जैसे, उनकी सतहों पर सेंसर गढ़े द्वारा) ।

3d मुद्रण के विपरीत, मुद्रण प्रक्रियाओं को ऐसी एक functionalization प्राप्त करने के लिए (जैसे, स्क्रीन और inkjet मुद्रण) से कम १०० एनएम9 से कुछ micrometers तक ही सीमित वस्तु ऊंचाइयों को कवर और कर रहे हैं, इस प्रकार, अक्सर भी कहा जाता है के रूप में 2.5 d-मुद्रण । वैकल्पिक रूप से, उच्च संकल्प पैटर्न के लिए लेजर आधारित समाधान भी10,11प्रस्तावित किया गया है । मुद्रण प्रक्रियाओं की एक व्यापक समीक्षा, नैनोकणों के थर्मल निर्भर पिघल तापमान, और आवेदन12Ko द्वारा दिया जाता है ।

हालांकि स्क्रीन प्रिंटिंग अच्छी तरह से साहित्य13,14में स्थापित है, inkjet मुद्रण एक बेहतर सुधार की क्षमता प्रदान करता है, एक साथ छोटे सुविधा के आकार के मुद्रण के लिए एक वृद्धि की संकल्प के साथ । इसके अलावा, यह एक डिजिटल, गैर संपर्क मुद्रण विधि तीन आयामी पर कार्यात्मक सामग्री के लचीले जमाव को सक्षम करने के लिए है । नतीजतन, हमारा काम inkjet छपाई पर केंद्रित है ।

Inkjet मुद्रण प्रौद्योगिकी पहले से ही धातु के निर्माण में नियोजित किया गया है (चांदी, सोना, प्लेटिनम, आदि) संवेदन इलेक्ट्रोड । आवेदन क्षेत्रों तापमान माप15,16, दबाव और तनाव संवेदन17,18,19, और संवेदन20,21, साथ ही गैस या वाष्प शामिल विश्लेषण22,23,24। सीमित ऊंचाई विस्तार के साथ इस तरह के मुद्रित संरचनाओं के इलाज के थर्मल25, माइक्रोवेव26, विद्युत27, लेजर28, और नैनोवायर29 सिद्धांतों के आधार पर विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है ।

inkjet के लिए नैनोवायर इलाज-मुद्रित संरचनाओं शोधकर्ताओं उच्च ऊर्जा का उपयोग करने के लिए अनुमति देता है, इलाज, एक कम तापमान प्रतिरोध के साथ सब्सट्रेट पर प्रवाहकीय स्याही. इस परिस्थिति का दोहन, 2.5 d-और 3d मुद्रण प्रक्रियाओं के संयोजन के लिए स्मार्ट पैकेजिंग30,31,३२ और स्मार्ट संवेदन के क्षेत्र में अत्यधिक लचीला प्रोटोटाइप बनाना नियोजित किया जा सकता है ।

3d मुद्रित धातु सब्सट्रेट की चालकता एयरोस्पेस क्षेत्र के लिए ब्याज की है, साथ ही साथ चिकित्सा क्षेत्र के लिए. यह न सिर्फ कुछ भागों की यांत्रिक स्थिरता में सुधार करता है, लेकिन निकट क्षेत्र में लाभप्रद है और साथ ही समाई संवेदन । एक 3d-मुद्रित धातु आवास सेंसर के सामने के अंत के अतिरिक्त परिरक्षण/पहरा प्रदान करता है क्योंकि यह बिजली से जुड़ा हो सकता है ।

उद्देश्य AM प्रौद्योगिकी का उपयोग कर उपकरणों बनाना है । इन उपकरणों की माप वे के लिए कार्यरत है में एक पर्याप्त उच्च संकल्प प्रदान करना चाहिए (अक्सर माइक्रो या नेनो पर) और, एक ही समय में, वे उच्च विश्वसनीयता और गुणवत्ता के बारे में मानकों को पूरा करना चाहिए ।

यह दिखाया गया है कि AM प्रौद्योगिकी पर्याप्त लचीलेपन के साथ उपयोगकर्ता प्रस्तुत करने के लिए अनुकूलित डिजाइन३३,३४ जो समग्र माप गुणवत्ता है कि प्राप्त किया जा सकता है में सुधार बनाना । इसके अतिरिक्त, पॉलिमर और एकल परत inkjet मुद्रण के संयोजन पिछले अनुसंधान में प्रस्तुत किया गया है३५,३६,३७,३८।

इस काम में, उपलब्ध अध्ययन बढ़ा रहे हैं, और कर रहे हैं सब्सट्रेट के भौतिक गुणों के बारे में एक समीक्षा, धातुओं पर ध्यान देने के साथ, और बहुपरत inkjet छपाई और नैनोवायर इलाज के साथ उनकी अनुकूलता प्रदान की जाती है. एक अनुकरणीय बहुपरत कुंडल डिजाइन अनुपूरक चित्रा 1में प्रदान की जाती है । परिणाम बहुपरत संवेदक संरचनाओं के inkjet मुद्रण के लिए रणनीतियों पर कर रहा हूं प्रदान करने के लिए इस्तेमाल कर रहे है धातु सब्सट्रेट ।

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Protocol

सावधानी: माना स्याही और चिपकने वाले का उपयोग करने से पहले, कृपया प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डेटा पत्रक (MSDS) से परामर्श करें । कार्यरत nanoparticle स्याही और चिपकने वाला विषैला या यलो, भरावन पर निर्भर हो सकता है. inkjet छपाई या नमूनों की तैयारी प्रदर्शन और उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, लैब कोट, पूर्ण लंबाई पैंट, बंद पैर के जूते) पहनने के लिए सुनिश्चित करें जब सभी उचित सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें ।

नोट: प्रोटोकॉल चरण ६.३-६.६ और चरण ९.२-९.५ को छोड़कर किसी भी चरण के बाद रोका जा सकता है ।

1.3d-मुद्रित सब्सट्रेट्स तैयार करना

  1. तैयार कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) चित्र, आदर्श stereolithography. stl फ़ाइल स्वरूप का उपयोग कर ।
    नोट: प्रयुक्त डिजाइन अनुपूरक चित्रा 2 और अनुपूरक चित्रा 3में सचित्र हैं ।
  2. लक्ष्य अनुप्रयोग द्वारा आवश्यक सामग्री गुणों के आधार पर AM प्रक्रिया चुनें (संबंधित प्रक्रिया सीमाओं के लिए तालिका 1 देखें).
    नोट: इस काम में, हम 3d-मुद्रित तांबे के बने नमूनों का उपयोग करते हैं, साथ ही 3d-मुद्रित चीनी मिट्टी की चीज़ें ।
  3. मोम और खोया मोम३९कास्टिंग के साथ 3d मुद्रण द्वारा तांबे सब्सट्रेट बनाना ।
  4. लिथोग्राफी द्वारा सिरेमिक सब्सट्रेट बनाना-सिरेमिक विनिर्माण (LCM) प्रौद्योगिकी४० आधारित ( 1 वीडियोदेखें) ।
  5. acrylate एक उच्च संकल्प बहुलक 3d प्रिंटर३७ का उपयोग कर सब्सट्रेट बनाना और मुद्रित भाग से समर्थन मोम निकालें ।
    1. समर्थन मोम पिघल करने के लिए 1 एच के लिए ६५ डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन के अंदर मुद्रित हिस्सा रखो ।
    2. ओवन से मुद्रित भाग को हटाने के बाद, यह ६५ डिग्री सेल्सियस पर एक अल्ट्रासोनिक तेल स्नान के अंदर डाल छेद से मोम हटाने के लिए, छोटे उद्घाटन, आदि ।
  6. एक एसीटोन के साथ गीला वाइपर का उपयोग कर सब्सट्रेट साफ, संभव सतह अशुद्धियों के रूप में काफी बाद में inkjet प्रिंट गुणवत्ता को प्रभावित.
    नोट: AM सब्सट्रेट की तैयारी विभिन्न उपकरणों और प्रक्रियाओं का उपयोग किया जा सकता है. निर्माण रणनीति के आधार पर, सतह और थोक गुण के रूप में अच्छी तरह से भिंन हो सकते हैं । इसलिए, इन निरीक्षण तकनीकों का उपयोग बाद में सिफारिश की संपत्तियों को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है (उदाहरण के लिए देखें, इस प्रोटोकॉल की धारा 4) ।

2. परस्पर का निर्माण

नोट: संयोजी के निर्माण प्रकार (प्रवाहकीय/सब्सट्रेट के प्रवाहकीय) के आधार पर अलग है ।

  1. किर प्रवाहकीय (सिरेमिक) सब्सट्रेट पर जोड़ता है ।
    1. एक समय दबाव microdispenser मुद्रित भागों के उचित वीआइएस में एक microassembly स्टेशन पर घुड़सवार के साथ कम तापमान का इलाज कर चिपकने वाला वितरण ।
    2. छोड़ गढ़े में 23 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिनट के लिए शुष्क और परिवेश के दबाव के साथ जोड़ता है ।
      नोट: चीनी मिट्टी सब्सट्रेट के लिए, परस्पर भी मिलाप पेस्ट और उच्च तापमान इलाज का उपयोग कर गढ़े जा सकता है ।
  2. किर प्रवाहकीय सब्सट्रेट पर परस्पर जोड़ता है ।
    1. एक समय दबाव microdispenser के माध्यम से सभी वीआइएस ' (छेद सब्सट्रेट में छिद्र/) परिधि में स्याही को बांटना ।
    2. स्याही आपूर्तिकर्ता द्वारा सुझाए गए के रूप में तीव्र स्पंदित प्रकाश का उपयोग कर नैनोवायर इलाज करते हैं ।
      1. नैनोवायर इलाज सब्सट्रेट तालिका युक्त उपकरणों की ट्रे खोलें ।
      2. नैनोवायर इलाज उपकरणों के सब्सट्रेट तालिका के लिए तांबे के नमूने ले जाएँ और प्रदान की चुंबकीय फिक्स्चर का उपयोग कर इसे ठीक.
      3. उपकरण सब्सट्रेट तालिका की ऊंचाई समायोजित करने के लिए इलाज उपकरणों के फोकस विमान के लिए नमूना ले जाने के लिए ।
      4. ट्रे को बंद करें और उपकरण के सॉफ्टवेयर इंटरफेस में छपी सामग्री के लिए सामग्री के आपूर्तिकर्ता द्वारा सिफारिश के रूप में इलाज प्रोफ़ाइल समायोजित करें और प्रारंभ बटन दबाएँ ।
    3. कम तापमान इलाज प्रवाहकीय पेस्ट (सामग्री की मेज) के साथ के माध्यम से भरें ।
      नोट: सामान्य रूप से, यह एक घटक के सभी रूपों, epoxy आधारित प्रवाहकीय चिपकने जो तापमान सक्रिय कर रहे हैं का उपयोग करने के लिए संभव है.
    4. सूखी गढ़े 23 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिनट के लिए परस्पर जोड़ता है ।

3. Inkjet मुद्रण प्रणाली की तैयारी

  1. साफ़/पर्ज करें प्रिंटर सॉफ़्टवेयर में पर्ज करें सेटिंग के साथ मुद्रण सिर नलिका, संबंधित इंक के लिए उपयुक्त रासायनिक का उपयोग कर: स्याही को बचाने के लिए isopropanol का उपयोग; प्रवाहकीय स्याही के लिए triethylene ग्लाइकोल monomethyl ईथर का प्रयोग करें । प्रिंटर के सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में पर्ज करें बटन दबाकर नलिका को पर्ज करें जब तक समाधान संबंधित नलिकाओं से बाहर निकालता है स्पष्ट है ।
    नोट: आवश्यक रासायनिक की मात्रा प्रिंटर, नोजल, और रासायनिक पर निर्भर करता है । इस प्रयोग में लगभग 2 मिलीलीटर का प्रयोग किया गया ।
  2. ५० wt.% धातु लोड हो रहा है और ११० एनएम के एक औसत कण आकार के साथ नैनोकणों चांदी की स्याही के लगभग १.५ मिलीलीटर के साथ स्याही कंटेनरों भरें उदाहरण के लिए एक सिरिंज का उपयोग कर, एक 3 मिलीलीटर बैरल के साथ, और एक 18 ग्राम Luer ताला वितरण सुई ।
  3. प्रिंटर के सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में प्रारंभ करें सिर बटन दबाकर इंक को जेट करने के लिए एक प्रिंट सिर का उपयोग करें ।
  4. प्रवाहकीय इंक के jetting के लिए प्रिंटर के पूर्व-समायोजित jetting प्रोफ़ाइल का उपयोग करें ।
    1. प्रिंटर सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में dropview स्थिति पर जाएँ विकल्प का उपयोग कर dropview स्थिति के लिए मुद्रण सिर ले जाएँ और इंक का jetting निरीक्षण करें ।
    2. ड्रॉप वेग, आकृति, और वॉल्यूम को समायोजित करने के लिए मुद्रण सिर और मुद्रण सिर तापमान के लिए प्रीइंस्टॉल्ड है जो वोल्टेज प्रोफ़ाइल के पैरामीटर्स परिवर्तित करें । स्याही के किसी भी फैल से बचने के लिए और उपग्रह बूंदों के गठन को कम करने के लिए स्याही दबाव समायोजित करें ।
      नोट: इस प्रोटोकॉल में प्रयुक्त मुद्रण प्रणाली के लिए, संचालन अधिकतम jetting वोल्टेज ४० V और एक jetting प्रोफ़ाइल के लिए सेट किया गया था 1 µs वृद्धि/गिर समय के साथ 10-14 µs पकड़ो समय का उपयोग किया गया था । चांदी की स्याही ४५ डिग्री सेल्सियस पर jetted थी । इष्टतम स्याही दबाव स्याही के स्तर पर निर्भर है । वोल्टेज में वोल्टेज प्रोफ़ाइल की वृद्धि हुई है या कम किया जा करने के लिए राज्य के आधार पर (जैसे, तापमान, चिपचिपाहट) और सिर के वर्तमान तापमान, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से इस्तेमाल किया प्रिंट सिर के राज्य । उचित jetting प्राप्त करने के लिए, हम 1 V के छोटे चरणों में वोल्टेज की वृद्धि को बदलने की सलाह देते हैं । ड्रॉप आकार में कोई सुधार नहीं है, तो 1 V. के छोटे चरणों में वोल्टेज को कम एक स्थिर छोड़ने तक इस प्रक्रिया का पालन प्राप्त है ।
  5. एक ही तरीके में चांदी की स्याही के लिए किया के रूप में अछूता स्याही के लिए मुद्रण मापदंडों को समायोजित करें ।
    1. कम-k अचालक सामग्री, जो acrylate-type मोनोमर का एक मिश्रण है जेट करने के लिए एक और प्रिंट सिर का उपयोग करें ।
      नोट: फिर से, एक परिचालन jetting वोल्टेज ४० वी और एक 1 µs वृद्धि/गिर समय के साथ 8 µs पकड़ समय इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया गया था । अचालक इंक ५० डिग्री सेल्सियस पर jetted हो सकता है । इष्टतम स्याही दबाव वास्तविक स्याही के स्तर पर निर्भर है । आम तौर पर, इस्तेमाल किया मानकों अत्यधिक स्याही के गुणों पर निर्भर करता है, साथ ही सब्सट्रेट या परत जिस पर यह मुद्रित किया जाना चाहिए के रूप में । निर्माण प्रक्रिया के दौरान, मुद्रण मापदंडों को गतिशील रूप से समायोजित करना पड़ सकता है । कृपया कैसे ठीक से प्रिंटर पैरामीटर समायोजित करने के लिए पर मुद्रण प्रणाली के उपयोगकर्ता पुस्तिका देखें ।

4. मुद्रण के लिए संबंधित सब्सट्रेट की सतह के गुणों का निरीक्षण और पहली परत के लिए प्रिंटर मापदंडों का समायोजन

  1. सतह किसी न किसी का निर्धारण करने के लिए profilometer माप प्रदर्शन ।
    1. profilometer के सब्सट्रेट टेबल (चरण) पर नमूना रखो ।
    2. अगर homed नहीं, घर सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस में घर बटन का उपयोग कर मंच ।
    3. संबंधित संकल्प और क्षेत्र है जो सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस में मैप किया गया है चुनें ।
    4. प्रारंभिक स्थिति में माप सिर प्लेस और सॉफ्टवेयर इंटरफेस में सैर विकल्प और शुरू बटन का उपयोग कर माप शुरू करते हैं ।
    5. माप समाप्त होने के बाद, एकरूपता के लिए परिणाम की जांच करें (उदा., मुद्रित परतों की संख्या के लिए दिखाए गए हाइट्स हैं) और डेटा को सहेजें ।
  2. उपयोगकर्ता मैनुअल के अनुसार SEM निरीक्षण करने के लिए सतह की गुणवत्ता का विश्लेषण ।
  3. गीला गुण निर्धारित करने के लिए SEM स्टेशन के उपयोगकर्ता मैनुअल में वर्णित के रूप में संपर्क कोण माप करते हैं ।
  4. सब्सट्रेट टेबल पर सब्सट्रेट चिपकने वाला टेप का उपयोग कर ठीक है और अपनी स्थिति को चिह्नित ।
  5. प्रिंटर के सॉफ्टवेयर इंटरफेस में प्रिंट सिर के गुण संपादित करके नोजल और सॉफ्टवेयर इंटरफेस की सेटिंग्स में मुद्रण मापदंडों को समायोजित करें ।
    1. फिर से, प्रिंटर के सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में dropview स्थिति पर जाएं विकल्प का उपयोग करके dropview स्थिति में मुद्रण सिर को ले जाएं और इंक के jetting का निरीक्षण करें । यदि आवश्यक हो, jetting ऑप्टिमाइज़ करने के लिए मुद्रण पैरामीटर्स समायोजित करें ।
    2. एक नोक जो अच्छी तरह से परिभाषित और मुद्रण के लिए स्याही की सजातीय बूंदों बाहर निकालता है चुनें ।
    3. प्रिंटर की प्राथमिकताओं में चुने गए नोजल की संख्या दर्ज करें ।
  6. संबंधित सब्सट्रेट पर एक मुद्रित ड्रॉप के आकार का निर्धारण करने के लिए ड्रॉप आकार परीक्षण करते हैं ।
    1. कोई ज्ञात प्रिंटर कॉंफ़िगरेशन का उपयोग करते हुए, कोई ड्रॉप प्रतिमान मुद्रित करें ।
    2. एक नपे माइक्रोस्कोप या प्रिंटर के इनबिल्ट कैमरा सिस्टम का उपयोग कर हासिल की गई ड्रॉप आकार निर्धारित करें ।
    3. सुनिश्चित करें कि बाद में उपयोग किए गए मुद्रण रिज़ॉल्यूशन स्वीकार्य इंक गीला करने के लिए एक सजातीय और बंद सतह बनाना उपयुक्त है (उदा., ४०-५० µm की एक ड्रॉप आकार के लिए ९००-१,००० dpi का मुद्रण रिज़ॉल्यूशन चुनें) ।
  7. एक मिथ्या विश्लेषण प्रदर्शन (सामग्री की तालिका), निर्माता के निर्देश के अनुसार, प्रवाहकीय सब्सट्रेट के लिए एक पर्याप्त थोक सजातीय सुनिश्चित करने के लिए.

5. पहली परत के लिए इलाज पैरामीटर समायोजन

  1. प्रिंट एकाधिक संरचनाओं, पहली डिवाइस परत के लिए इस्तेमाल किया स्याही की एक परत का उपयोग कर, एक डमी सब्सट्रेट पर (यानी, एक ही सामग्री का एक नमूना है जो बाद में निपटारा किया जा सकता है और केवल परीक्षण प्रयोजनों के लिए प्रयोग किया जाता है).
  2. एक चीनी मिट्टी सब्सट्रेट पर मुद्रित प्रवाहकीय चांदी पैटर्न के लिए परिवेश के दबाव में कम से कम 30 मिनट के लिए १३० डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में थर्मल इलाज का उपयोग करें ।
    नोट: नमूना के आकार के आधार पर, ओवन के अंदर नमूना पकड़ करने के लिए एक फली का उपयोग करें.
  3. धातु सब्सट्रेट पर स्याही को बचाने के लिए नैनोवायर इलाज का उपयोग करें ।
    1. नैनोवायर इलाज सब्सट्रेट तालिका युक्त उपकरणों की ट्रे खोलें ।
    2. नैनोवायर इलाज उपकरणों के सब्सट्रेट तालिका के लिए नमूना ले जाएँ और तदनुसार (उदाहरण के लिए, का उपयोग कर इसे ठीक, चुंबकीय फिक्स्चर प्रदान की).
    3. उपकरण सब्सट्रेट तालिका की ऊंचाई समायोजित करें, तालिका धुरी का उपयोग करने के लिए इलाज उपकरणों के फोकस विमान के लिए नमूना ले जाने के लिए ।
    4. ट्रे को बंद करें और उपकरण के सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में मुद्रित सामग्री के लिए आपूर्तिकर्ता द्वारा अनुशंसित के रूप में इलाज प्रोफ़ाइल समायोजित करें और प्रारंभ बटन दबाएं ।
  4. नियंत्रण सतह की एकरूपता गुणात्मक एक खुर्दबीन का उपयोग और मात्रात्मक एक profilometer का उपयोग कर ।
    1. profilometer के सब्सट्रेट टेबल (चरण) पर नमूना रखो ।
    2. अगर homed नहीं, घर मंच सॉफ्टवेयर में संबंधित बटन का उपयोग कर ।
    3. संबंधित संकल्प और क्षेत्र है जो मैप किया जाना चाहिए चुनें ।
    4. प्रारंभिक स्थिति में माप सिर प्लेस और माप शुरू करते हैं ।
    5. माप समाप्त होने के बाद, संगतता के लिए परिणाम की जांच करें और डेटा को सहेजें ।
  5. दोहराएं नैनोवायर या थर्मल इलाज प्रक्रियाओं अपनाया इलाज मानकों यदि आवश्यक का उपयोग कर ।
    1. उदाहरण के लिए, नैनोवायर इलाज उपकरणों के सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस में अगर हासिल प्रतिरोध बहुत अधिक है के छोटे चरणों में इस्तेमाल किया नैनोवायर ऊर्जा में वृद्धि, 5 वी । इस्तेमाल किया ऊर्जा कम अगर नमूना जलने के लक्षण से पता चलता है.
  6. पहली कार्यात्मक डिवाइस परत के इलाज के लिए उपकरण मापदंडों को समायोजित करें ताकि हाथ में आवेदन के लिए पर्याप्त एक चालकता तक पहुंच गया है, लेकिन अभी तक मुद्रित संरचना की कोई जलन होती है ।

6. Inkjet मुद्रण और पहली डिवाइस परत का इलाज

  1. सब्सट्रेट टेबल पर सब्सट्रेट चिपकने वाला टेप का उपयोग कर ठीक है और अपनी स्थिति को चिह्नित ।
  2. पहली परत के रूप में प्रवाहकीय है, सिरेमिक और acrylate प्रकार सब्सट्रेट के लिए, ६० ° c के सब्सट्रेट तालिका हीटिंग का उपयोग करें ।
    नोट: तापमान एक तापमान जो संबंधित सब्सट्रेट प्रभावित हो सकता है से अधिक नहीं होना चाहिए (जैसे, acrylate केवल ६५ डिग्री सेल्सियस तक सहन करता है). यह समायोजन प्रिंटर सेटिंग्स में किया जा सकता है ।
  3. नोजल समायोजित करें और सॉफ्टवेयर इंटरफेस की सेटिंग में मापदंडों मुद्रण ।
    1. प्रिंट सिर को dropview स्थिति में ले जाएं और स्याही के jetting का निरीक्षण करें ।
    2. एक नोक जो अच्छी तरह से परिभाषित और मुद्रण के लिए स्याही की सजातीय बूंदों बाहर निकालता है चुनें ।
    3. प्रिंटर की प्राथमिकताओं में चुने गए नोजल की संख्या दर्ज करें ।
  4. पहले से निर्धारित सब्सट्रेट गुणों के अनुसार स्याही की एक सजातीय परत जमा करने के लिए प्रिंट सिर के इस्तेमाल संकल्प को समायोजित करें: कम-गीला करने के लिए, उदाहरण के लिए, एक बड़ा संपर्क कोण और छोटी बूंद आकार मुद्रण वृद्धि संकल्प. उच्च-गीला सब्सट्रेट के लिए संकल्प को कम ।

    नोट: मुद्रण पैरामीटर का समायोजन प्रिंटर सेटिंग्स में किया जा सकता है ।
  5. प्रतिमान मुद्रित करने और इसके निर्देशांकों को संग्रहीत करने के लिए उपयुक्त संदर्भ बिंदु का चयन करें ।
  6. संबंधित स्केलेबल वेक्टर ग्राफ़िक (. svg) फ़ाइल लोड और एक उचित संकल्प और आकार, वांछित पैटर्न और प्रिंटर सॉफ्टवेयर में सब्सट्रेट के आयामों पर निर्भर का चयन करें ।
  7. मुद्रण निष्पादित करें । दोहराना स्याही की एक परत की छपाई जब तक प्रिंट की एकरूपता संतोषजनक है ।
  8. एक नपे माइक्रोस्कोप का उपयोग कर या प्रिंटर के इनबिल्ट कैमरा प्रणाली का उपयोग कर मुद्रित परत की एकरूपता को नियंत्रित ।
    1. प्रिंटर का कैमरा प्रिंट स्थिति में ले जाएं और प्रिंटर के सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस में दिए गए प्रिंट की गुणवत्ता पर गौर करें ।
  9. इस प्रोटोकॉल के खंड 5 में निर्धारित मापदंडों का उपयोग कर पहली परत का इलाज ।
    1. चांदी की स्याही के लिए एक बहुलक सब्सट्रेट (acrylate, पन्ना) पर, २५० वी पर एक 1 एमएस पल्स का उपयोग ऊर्जा की एक कम राशि के साथ(५२५ माइकल/
    2. एक चीनी मिट्टी सब्सट्रेट पर चांदी की स्याही के लिए, स्याही के साथ सिफारिश के रूप में गर्मी का इलाज का उपयोग करें (उदा, 30 मिनट के लिए १३० ° c) ।
    3. 1 ms दालों के साथ २०० वी पर मुद्रित अचालक स्याही का इलाज और 1 हर्ट्ज की आवृत्ति पर पल्सेस 7 x दोहराएँ.
      नोट: नैनोवायर इलाज में इस्तेमाल उत्सर्जित प्रकाश के स्पेक्ट्रा काफी व्यापक है (अल्ट्रा वायलेट – निकट अवरक्त [यूवी-NIR]). फिर भी, यूवी प्रकाश की राशि photopolymerization शुरू करने और अछूता परत इलाज के लिए पर्याप्त है ।

7. मुद्रण के लिए संबंधित सब्सट्रेट की सतह के गुणों का निरीक्षण और अनुवर्ती परतों के लिए प्रिंटर मापदंडों का समायोजन

नोट: profilometer माप और माइक्रोस्कोपी निरीक्षण करने के लिए माप उपकरण के उपयोगकर्ता नियमावली को देखें ।

  1. मोटा और मुद्रित परत की मोटाई निर्धारित करने के लिए profilometer माप प्रदर्शन करते हैं ।
    1. profilometer के सब्सट्रेट टेबल पर नमूना रखो ।
    2. अगर homed नहीं, घर मंच सॉफ्टवेयर में संबंधित बटन का उपयोग कर ।
    3. संबंधित संकल्प और क्षेत्र है जो मैप किया जाना चाहिए चुनें ।
    4. प्रारंभिक स्थिति में माप सिर प्लेस और माप शुरू करते हैं ।
    5. माप समाप्त होने के बाद, संगतता के लिए परिणाम की जांच करें और डेटा को सहेजें ।
  2. गीला गुण निर्धारित करने के लिए संपर्क कोण माप करने के लिए ।
    नोट: कैसे ठीक से संपर्क कोण माप करने के लिए पर हाथ में माप उपकरण के उपयोगकर्ता पुस्तिका को देखें ।
  3. संबंधित सब्सट्रेट पर एक मुद्रित ड्रॉप के आकार का निर्धारण करने के लिए ड्रॉप आकार परीक्षण प्रदर्शन.
    1. ज्ञात प्रिंटर कॉंफ़िगरेशन का उपयोग करके कोई ड्रॉप प्रतिमान मुद्रित करें ।
    2. एक नपे माइक्रोस्कोप या प्रिंटर की इनबिल्ट निरीक्षण प्रणाली का उपयोग करके हासिल की गई ड्रॉप आकार निर्धारित करें ।
  4. स्याही की एक सजातीय परत प्राप्त करने के लिए प्रिंट सिर के इस्तेमाल किया संकल्प को समायोजित करें: कम-गीला सब्सट्रेट्स के लिए, उदाहरण के लिए, एक बड़े संपर्क कोण और छोटे ड्रॉप आकार मुद्रण रिज़ॉल्यूशन बढ़ाएँ । उच्च-गीला सब्सट्रेट के लिए संकल्प को कम ।
  5. पहली परत के विद्युत गुणों को नियंत्रित: एक प्रवाहकीय पहली परत के लिए, चार सूत्री जांच का उपयोग करने के लिए हासिल चालकता निर्धारित करते हैं ।
    1. सब्सट्रेट मेज पर नमूना रखो ।
    2. प्रवाहकीय ट्रैक पर माप सिर को कम, यकीन है कि जांच मुद्रित संरचना के साथ अच्छा संपर्क किया है, विश्लेषण करने के लिए कर रही है ।
  6. एक अछूता पहली परत के लिए, सुनिश्चित करें कि सतह homogenously नीचे कंडक्टर शामिल हैं । पुष्टि के लिए एक खुर्दबीन का प्रयोग करें । एक मीटर का उपयोग कर अछूता गुण सत्यापित करें ।

8. अनुवर्ती परतों के लिए इलाज पैरामीटर समायोजन

  1. एकाधिक संरचनाओं प्रिंट, अगले डिवाइस परत के लिए इस्तेमाल किया स्याही की एक परत का उपयोग कर, एक बराबर पिछले परत के साथ एक डमी सब्सट्रेट पर.
  2. सभी सब्सट्रेट के लिए केवल नैनोवायर इलाज का उपयोग करें ।
  3. इलाज के बाद, मुद्रित परत के विद्युत और संरचनात्मक गुणों को नियंत्रित: यदि चालकता पर्याप्त है यह निर्धारित करने के लिए, एक चार सूत्री जांच माप का उपयोग करें ।
  4. नियंत्रण सतह की एकरूपता गुणात्मक एक खुर्दबीन का उपयोग और मात्रात्मक profilometer का उपयोग कर ।
  5. यदि आवश्यक हो तो नैनोवायर इलाज प्रक्रियाओं को दोहराएँ ।
  6. अनुवर्ती कार्यात्मक डिवाइस परत के इलाज के लिए उपकरण मापदंडों को समायोजित करें ।

9. Inkjet मुद्रण और अनुवर्ती डिवाइस परतों का इलाज

  1. ठीक से पहले चिह्नित स्थिति में सब्सट्रेट मेज पर सब्सट्रेट तय.
  2. पिछले चरण से निर्धारित नोजल और मुद्रण पैरामीटर्स समायोजित करें ।
  3. उपयुक्त संदर्भ बिंदु का चयन करने के लिए पैटर्न मुद्रित और सुनिश्चित करें कि मुद्रित पैटर्न अच्छी तरह से एक दूसरे के साथ संरेखित कर रहे है डिवाइस की उचित कार्यशीलता के बाद सुनिश्चित करें ।
  4. उपयुक्त रिज़ॉल्यूशन और आकार के साथ संबंधित. svg फ़ाइल लोड करें ।
  5. मुद्रण निष्पादित करें । दोहराना स्याही की एक परत की छपाई जब तक प्रिंट की एकरूपता संतोषजनक है ।
  6. एक खुर्दबीन के नीचे मुद्रित परत की एकरूपता नियंत्रण (यहां, प्रिंटर के इनबिल्ट कैमरा प्रणाली का इस्तेमाल किया जाता है) ।
  7. केवल इस परत के इलाज के लिए नैनोवायर इलाज का उपयोग करें । एक अछूता परत या इंसुलेटर पर एक प्रवाहकीय परत के लिए पहले से निर्धारित मापदंडों का प्रयोग करें ।
  8. इलाज के बाद, मुद्रित परत के विद्युत और संरचनात्मक गुणों को नियंत्रित करने के लिए: यदि प्रवाहकीय परत की चालकता रेंज स्वीकार्य है, एक मीटर का उपयोग निर्धारित करने के लिए ।

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Representative Results

SEM चित्र 1में दिखाया गया है, से संबंधित सब्सट्रेट पर मुद्रण पर निष्कर्ष खींचा जा सकता है । पैमाने सलाखों के कारण सतह किसी न किसी की विभिंन श्रेणियों के लिए अलग हैं । चित्रा 1aमें, तांबे सब्सट्रेट की सतह दिखाया गया है, जो अब तक चिकनी है । चित्रा 1c, दूसरी ओर, इस्पात, एक सब्सट्रेट जो inkjet उच्च porosity और अस्थिर संपर्क कोण के कारण मुद्रण के लिए प्रयोग करने योग्य नहीं है दिखाता है (यह भी तालिका 2देखें) । चित्रा 1b, पीतल सब्सट्रेट के एक SEM छवि में दिखाया गया है, और चित्रा 1 डीमें, टाइटेनियम नमूना सतह सचित्र है ।

चित्रा 2 और चित्रा 3में, profilometer माप के परिणाम दिए गए हैं । इन मूल्यांकनों के लिए संबंधित सब्सट्रेट की सतह किसी न किसी प्रकार निर्धारित करने के लिए आवश्यक हैं । एक साथ अच्छी तरह से ऊपर एक किसी न किसी के साथ धातु सब्सट्रेट ~ 1 µm (एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, और इस्पात) inkjet मुद्रण के लिए प्रयोग करने योग्य नहीं हैं, के रूप में स्याही उच्च porosity के कारण अवशोषित हो जाती है और, इसलिए, सजातीय परतों के निर्माण को रोकता है और reproducible संरचनाओं. एल्यूमिना आधारित सिरेमिक सब्सट्रेट एक तुलनीय किसी न किसी प्रकार है, लेकिन विभिन्न निर्माण प्रक्रिया के कारण, इस तरह के उच्च सतह porosities प्रदर्शन नहीं करता है और कर सकते हैं, इस तरह, इस्तेमाल किया जा.

ड्रॉप आकार परीक्षणों, जैसे कि चित्रा 4 में गुणात्मक रूप से सचित्र और तालिका 3में मात्रात्मक इकट्ठा, प्राप्त ड्रॉप आकार देने के लिए और, इस प्रकार, भी संबंधित सब्सट्रेट और स्याही संयोजन के लिए गीला गुण. सब्सट्रेट जहां कोई अलग बूंदों का गठन कर रहे है या तो बहुत कम गीला है (यह एक कम सतह किसी न किसी के साथ कर रहा हूं धातुओं के लिए सच है), या वे भी छिद्रित कर रहे है (यह एक उच्च सतह किसी न किसी के साथ हूं [जैसे, चित्र 4dके लिए सच है) । चित्रा 4aमें, पीतल पर मुद्रण परिणाम सचित्र है । चित्रा 4b दिखाता है तांबा, आंकड़ा 4c चीनी मिट्टी की चीज़ें दिखाता है, और चित्रा 4d इस्पात नमूना परिणाम दिखाता है ।

चित्रा 5में, परिणामों की सूक्ष्म छवियों को बचाने स्याही पर 1 मिमी चौड़ाई की एक प्रवाहकीय परत के इलाज के बाद दिया जाता है । इन छवियों के आधार पर, प्रिंट की अखंडता का आकलन किया जा सकता है । तांबे पर प्रवाहकीय स्याही के लिए (चित्रा 5b), सबसे अच्छा परिणाम प्राप्त किया जा सकता है; एल्यूमीनियम (चित्रा 5) पर प्रवाहकीय ट्रैक पूरी तरह से नष्ट कर दिया है; प्रवाहकीय ट्रैक सिरेमिक सब्सट्रेट पर मुद्रित (चित्रा 5c, घ) बरकरार हैं, लेकिन फाड़ना दिखा. फाड़ना कमजोर गर्मी अवशोषण और सब्सट्रेट्स के उच्च प्रतिबिंब के कारण है । इन सब्सट्रेट पैदावार प्रवाहकीय पटरियों जो बिजली और संरचनात्मक गुणों में सुधार हुआ है पर इलाज खुराक को कम करने.

ऊंचाई प्रोफाइल और मुद्रित बहुपरत संरचनाओं, ऊंचाई प्रोफाइल, जो profilometer माप के परिणाम है की सतह की गुणवत्ता का निर्धारण करने के लिए इकट्ठा कर रहे हैं, के रूप में चित्र 6 और चित्रा 7में दिए गए, profilometer का उपयोग कर । इन ऊंचाई प्रोफाइल से, प्रवाहकीय पटरियों की सतह सजातीयता (नीले curves की चिकनाई) निर्धारित किया जा सकता है । इसके अतिरिक्त, सतहों जो उनके संरचनात्मक अखंडता खो (एल्यूमीनियम, टाइटेनियम) उनकी ऊंचाई प्रोफाइल में बड़े ढाल द्वारा पहचाना जा सकता है ।

तांबे के साथ मिथ्या विश्लेषण (चित्रा 8a), पीतल (चित्रा 8b), टाइटेनियम (चित्रा 8c), और पीतल (चित्रा 8d) AM धातु सब्सट्रेट के एक पर्याप्त थोक सजातीय वर्णन करने के लिए दिखाए जाते हैं । पैमाने सलाखों यहां अलग क्रम में बेहतर बहुपरत प्रिंट के संरचनात्मक विशेषताओं (सजातीयता में कमी, प्रवाहकीय ट्रैक, आदि) पर कब्जा कर रहे हैं । यह इतना है कि इन चुंबकीय और समाई संवेदन अनुप्रयोगों में परिरक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है सब्सट्रेट की पर्याप्त विद्युत चालकता सुनिश्चित करता है । हासिल शीट प्रतिरोध के लिए परिणाम एक चार सूत्री जांच का उपयोग कर 4 तालिकामें इकट्ठे हुए हैं । इसके अतिरिक्त, मुद्रित परतों का एक गुणात्मक मूल्यांकन संभव है । दानेदार संरचनाओं ठीक नैनोकणों द्वारा गठित कर रहे हैं और परत नीचे अछूता स्याही है । में, उदाहरण के लिए, चित्रा 8b, हम सजातीयताओं (छेद, हवा समावेशन) मुद्रित परतों में देखते हैं । इलाज के दौरान outgassing से ये रिजल्ट निकलता है. Outgassing हो सकता है जब स्याही को अछूता करने पर प्रवाहकीय स्याही के लिए इलाज खुराक बहुत अधिक है । यह प्रभाव नकारात्मक मुद्रित संरचनाओं की अखंडता को प्रभावित करता है, और अत्यधिक outgassing विनाश की ओर ले जाता है ।

चित्र 9में, माप परिणाम दिखाए जाते हैं । इन परिणामों के एक प्रदर्शन है जो एक क्षमता संवेदन सिद्धांत काम का उपयोग कर इकट्ठे हुए हैं । curves की चिकनाई संरचनात्मक कमियों है कि मुद्रण प्रक्रियाओं से परिणाम हो सकता है के बावजूद उच्च प्राप्त गुणवत्ता दिखाता है ।

Figure 1
चित्रा 1: धातुई सब्सट्रेट की SEM छवियां । इन छवियों को दिखाने (एक) तांबा, (ख) कांस्य, (ग) इस्पात, और (घ) टाइटेनियम । वे विभिंन आवर्धन के रूप में प्रत्येक छवि के निचले सही कोने में पैमाने पर बार सचित्र द्वारा लिया जाता है । इन छवियों के आधार पर, सतह सजातीयता का आकलन किया जा सकता है । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: धातु और सिरेमिक के Profilometer माप सब्सट्रेट्स हूं । nanometers में किसी न किसी मान ra और rq ISO ४२८७ के अनुसार निर्धारित होते हैं । चांदी के लिए, मान रहे हैं ६८९.३९ एनएम और ७८८.०६ एनएम, क्रमशः; एल्यूमीनियम के लिए, वे २१५१.१९ एनएम और २७५०.३८ एनएम, क्रमशः कर रहे हैं; एल्यूमिना आधारित (अल2ओ3) सब्सट्रेट के लिए, वे क्रमशः १२१०.४७ एनएम और १७३७.६ एनएम हैं; zirconia आधारित (ZrO2) सब्सट्रेट के लिए, वे ५५९.९७ एनएम और ६८१.५६ एनएम हैं । waviness सब्सट्रेट की अधिक व्यापक रूप से अंतरिक्ष सतह बनावट है । waviness में शेष बनावट है-किसी न किसी घटक के साथ सजातीयता हटा दिया । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: धातुई सब्सट्रेट्स की Profilometer माप. संबंधित सब्सट्रेट के लिए ra और rq मान, क्रमश: पीतल, ४१४.२ एनएम और ४९४.४९ एनएम के लिए हैं; टाइटेनियम के लिए, १०९९.८६ एनएम और १४४८.०६ एनएम, क्रमशः; तांबे के लिए, ३०७.६३ एनएम और ३५८.९२ एनएम, क्रमशः; इस्पात के लिए, १९६६.९५ एनएम और २२३८.७८ एनएम, क्रमशः । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: धातु और सिरेमिक सब्सट्रेट के लिए ड्रॉप आकार परीक्षण । इन छवियों को दिखाने के (एक) कांस्य, (ख) तांबे, (ग) ZrO2, और (घ) इस्पात । अलग यहां मापा बूँदें संबंधित छवि में तीर द्वारा (जहां संभव हो) चिह्नित कर रहे हैं. निर्धारित ड्रॉप आकार तालिका 3में इकट्ठे हुए हैं । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: प्रवाहकीय स्याही के सूक्ष्म छवियों एक इंसुलेटर पर मुद्रित और नैनोवायर इलाज के बाद एक धातु सब्सट्रेट हूं । सब्सट्रेट हैं (a) एल्यूमिनियम, (b) कॉपर, (c) अल2O3, और (d) ZrO2. प्रत्येक छवि में प्रवाहकीय संरचना की चौड़ाई डब्ल्यू = 1 मिमी है । एल्यूमीनियम पर प्रवाहकीय संरचना की अखंडता पूरी तरह नष्ट हो जाती है, जबकि तांबा और अल2ओ3 पर संरचनाएं यथावत रहेंगी । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: धातु सब्सट्रेट्स के लिए इंसुलेटर पर प्रवाहकीय पटरियों के लिए ऊंचाई प्रोफाइल, profilometer का उपयोग कर निर्धारित. यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: धातु और सिरेमिक सब्सट्रेट पर प्रवाहकीय पटरियों के लिए ऊंचाई प्रोफाइल, profilometer का उपयोग कर निर्धारितकिया है । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 8
चित्रा 8: इंसुलेटर और धातु सब्सट्रेट पर प्रवाहकीय स्याही के मिथ्या छवियों । इन छवियों को दिखाने (एक) तांबे, (ख) पीतल, (ग) टाइटेनियम, और (घ) पीतल । यह आंकड़ा गिरावट से संशोधित किया गया है एट अल । ४१. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 9
चित्रा 9: एक प्रदर्शक सुझाव पद्धति के बाद गढ़े उपकरण से माप परिणामों की साजिश । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

न्यूनतम विवरण/
मिमी		 न्यूनतम सटीकता/
% featuresize		 प्रक्रिया
चांदी ०.२५ ५.०० मोम 3d मुद्रण & मोम कास्टिंग खोया
टाइटेनियम ०.१ ०.२ प्रत्यक्ष धातु लेजर sintering
स्टील ०.३५ २ ते ३ रासायनिक बाध्यकारी & sintering @ १३०० ° c
कांस्य ०.३५ ५.०० मोम 3d मुद्रण & मोम कास्टिंग खोया
पीतल ०.३५ ५.०० मोम 3d मुद्रण & मोम कास्टिंग खोया
एल्यूमीनियम ०.२५ ०.२ प्रत्यक्ष धातु लेजर sintering
तांबे ०.३५ ५.०० मोम 3d मुद्रण & मोम कास्टिंग खोया
अल2ओ3 0.025-0.1 ०.०४ LCM-तंत्रज्ञान
ZrO२ 0.025-0.1 ०.०४ LCM-तंत्रज्ञान

तालिका 1:3d मुद्रण प्रक्रियाएं ' सीमाएं और सहिष्णुता । इस टेबल को फॉलर एट अल से संशोधित किया गया है । ४१.

टाइटेनियम स्टील कांस्य पीतल तांबे
अc य ° य / ८५.९ ७१.१५ १००.३ १००.०३ ८८.५४
σएक ७.२७ १७.६४ ३.१७ २.२५ ६.८४

तालिका 2: एकत्रित संपर्क कोण a सी और उनके मानक विचलन σ ए डिग्री में । इस टेबल को फॉलर एट अल से संशोधित किया गया है । ४१.

टाइटेनियम कांस्य पीतल तांबे अल2ओ3 ZrO२
dropsize/µm २३.९७ ३१.३ ३६.०४ २९.०३ ६९ ६९.३

तालिका 3: इकट्ठा गिरा व्यास डी डी micrometers में । इस टेबल को फॉलर एट अल से संशोधित किया गया है । ४१.

mΩ/□ में आर□ टिप्पणियाँ
टाइटेनियम ३०००
स्टील ६००
कांस्य २०००
पीतल ३००
एल्यूमीनियम ३००००
तांबे १८०
अल2ओ3 १५०.०० विभिंन नैनोवायर इलाज के लिए इस्तेमाल ऊर्जा: ५२७/
ZrO२ २०.०० प्रवाहकीय रेलपथ ablated

तालिका 4: mΩ/□ में इकट्ठे हुए पत्रक resistances r□ । शीट resistances एक वर्ग (□) सूचकांक अर्थ ohms प्रति वर्ग का उपयोग कर चिह्नित हैं । इस शब्द आम तौर पर 2d-संरचनाओं को संदर्भित करता है और, इस प्रकार, यह भी मतलब है कि वर्तमान प्रवाह चादर के विमान के साथ है । चादर प्रतिरोध फिल्म मोटाई से थोक प्रतिरोधकता देने के लिए गुणा किया जा सकता है । इस टेबल को फॉलर एट अल से संशोधित किया गया है । ४१.

Video
वीडियो 1: LCM प्रक्रिया । इस प्रक्रिया के लिए चीनी मिट्टी सब्सट्रेट (फुटेज Lithoz के सौजंय से) बनाना किया जाता है । कृपया इस वीडियो को देखने के लिए यहां क्लिक करें । (डाउनलोड करने के लिए राइट-क्लिक करें.)

अनुपूरक चित्रा 1: एक बहुपरत कुंडल डिजाइन का उदाहरण । कृपया इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 2: कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) चित्र, 3d बहुपरत कुंडल संरचनाओं के मुद्रण के लिए इस्तेमाल के उदाहरण ।   कृपया इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक आंकड़ा 3: कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) चित्र का एक उदाहरण, 3 डी-बहु इलेक्ट्रोड समाई सेंसर के मुद्रण के लिए इस्तेमाल किया ।   कृपया इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

एक तरह से 3 डी-मुद्रित सब्सट्रेट और पंनी पर बहुपरत सेंसर संरचनाओं बनाना प्रदर्शन किया है । हूं धातु, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से चीनी मिट्टी और acrylate प्रकार और पंनी सब्सट्रेट बहुपरत inkjet मुद्रण के लिए उपयुक्त हो, सब्सट्रेट और विभिंन परतों के बीच आसंजन पर्याप्त है, साथ ही संबंधित चालकता या इंसुलेशन क्षमता के रूप में दिखाया जाता है । यह सामग्री को अछूता करने पर प्रवाहकीय संरचनाओं के मुद्रण परतों द्वारा दिखाया जा सकता है । इसके अलावा, सभी परतों के लिए मुद्रण और इलाज प्रक्रियाओं सफलतापूर्वक एक दूसरे को बिगड़ने के बिना प्रदर्शन किया गया था ।

निर्माण रणनीतियों इस काम में प्रस्तुत की विभिंन सामग्रियों और सतह संपत्तियों के एक साथ अति संवेदनशील हैं । नतीजतन, प्रदर्शन कदम के reproducibility संबंधित निर्माण प्रक्रिया पर निर्भर है । की तैयारी के लिए इस्तेमाल कर रहा हूं सामग्री, यह माना जाता है कि सतह और थोक गुण काफी निर्माण विधि (चित्रा 1 और तालिका 2) के आधार पर भिंन हो सकते है की जरूरत है । inkjet मुद्रण के लिए, प्रस्तावित मानकों को ध्यान से इस्तेमाल किया मुद्रण प्रणाली को समायोजित किया है, साथ ही साथ संबंधित स्याही४२,४३,४४। विभिंन एजी nanoparticle स्याही के jettability काफी भिंन हो सकते हैं, तैयार करने के आधार पर । इसका मतलब यह है कि स्याही सॉल्वैंट्स और कुछ additives अपनी विशिष्ट चिपचिपापन, सतह तनाव, और उबलते बिंदु निर्धारित करते हैं ।

एक और बात पर विचार करने के लिए ठोस सामग्री के ढेर है जब स्याही उंर या ठीक से संग्रहीत नहीं है, जो jetting गुणवत्ता विकृत कर सकते हैं । इसके अलावा, विशिष्ट सेट-प्रिंट सिर के ऊपर ही भी महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से नोजल खोलने के आयाम । यह इस तरह के jetting वोल्टेज, तरंग, और तापमान setpoint, साथ ही परिणामस्वरूप ड्रॉप आकार (चित्रा 4 और तालिका 3) के रूप में वास्तविक jetting मापदंडों, निर्धारित करता है । मुद्रण प्रक्रिया के दौरान ही, एक गर्म सब्सट्रेट तालिका भी क्योंकि स्थानिक निकटता के प्रिंट सिर के तापमान में वृद्धि हो सकती है, एक परिवर्तन और मुद्रण व्यवहार की संभव गिरावट में जिसके परिणामस्वरूप. इसलिए, यह प्रसंस्करण के दौरान प्रिंट सिर तापमान की निगरानी करने के लिए महत्वपूर्ण है ।

एक अंय पहलू जो मुद्रण के दौरान jetting व्यवहार को प्रभावित कर सकता है स्याही दबाव है क्योंकि यह स्याही स्तर के रूप में कम हो सकता है प्रसंस्करण के दौरान कम हो जाती है । एक प्रवाहकीय सब्सट्रेट पर परस्पर का निर्माण तुच्छ नहीं है, के रूप में तिरस्कृत अछूता परत को शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए एक पर्याप्त मोटाई है, लेकिन अभी भी प्रवाहकीय मिलाप का उपयोग कर परस्पर बनाने के लिए पर्याप्त स्थान छोड़ने की जरूरत है चिपकाएँ.

इसके अलावा, तीन सामग्रियों के बीच आसंजन को स्थिर वीआइएस के रूप में स्वीकार्य होना चाहिए । इलाज की प्रक्रिया के दौरान, को बचाने परत के तापमान सहिष्णुता के रूप में अच्छी तरह से विचार किया जाना चाहिए । इसलिए, कम तापमान इलाज मिलाप पेस्ट संबंधित परस्पर के लिए नियोजित किया गया है । कार्यात्मक परतों मुद्रण के बाद, वे वांछित शीट प्रतिरोध (तालिका 4) उपज ठीक होने की जरूरत है । थर्मल sintering चांदी पैटर्न के लिए एक उपयुक्त और प्रभावी तरीका है अगर सब्सट्रेट या अंतर्निहित परत एक पर्याप्त उच्च तापमान सहिष्णुता४५है । इस अछूता परतों, यही वजह है कि नैनोवायर इलाज (चित्रा 5) कार्यरत है के लिए मामला नहीं है । नैनोवायर इलाज प्रक्रिया के दौरान, ऊर्जा की एक बड़ी राशि के नमूने को हस्तांतरित किया जाता है । इसलिए, यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि मुद्रित पैटर्न पर्याप्त रूप से इलाज की प्रक्रिया से पहले सूख गया है के रूप में, अंयथा, शेष सॉल्वैंट्स उनके उबलते बिंदु तक पहुंच सकता है और मुद्रित तरल विस्तार और गठन के कारण परतों को नष्ट कर सकते है बुलबुले (8 चित्रा) ।

इसके अलावा, पर्याप्त सुखाने के लिए समरूप मोटाई (चित्रा 6 और चित्रा 7) की परतें बनाने के लिए आवश्यक है । समरूप मोटाई अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है, जहां नैनोमीटर मापन पर आधारित है, उदाहरण के लिए, एक समाई सिद्धांत (चित्रा 9) कार्यरत है । यहां, संवेदन इलेक्ट्रोड से एक समान दूरी काफी गुणवत्ता४६को प्रभावित कर सकते हैं ।

कुल मिलाकर, यह कहा जा सकता है कि एक इंसुलेटर पर डिवाइस परतों के लिए इष्टतम नैनोवायर इलाज मापदंडों के विकल्प एक महत्वपूर्ण कारक है: अगर शुरू की ऊर्जा पर्याप्त नहीं है, प्रवाहकीय स्याही unsintered रहता है और चादर प्रतिरोध के लिए बहुत अधिक है उपकरणों के लिए विद्युत कार्यात्मक; बहुत अधिक ऊर्जा का परिचय देकर, अत्यधिक गर्मी फिल्म में उत्पादित किया जाएगा और, नतीजतन, प्रवाहकीय ट्रैक नष्ट हो जाता है । तांबे सब्सट्रेट शीट प्रतिरोध के मामले में सबसे अच्छा परिणाम प्राप्त ( तालिका 4देखें) और भी हासिल की सतह की गुणवत्ता और अखंडता मुद्रित धातु ट्रैक में. यह सब माना सब्सट्रेट के बीच सबसे कम होने के नाते इसकी सतह किसी न किसी के कारण हो सकता है । सब्सट्रेट भावना नैनोवायर इलाज परिणाम काफी प्रभावित के रूप में पहचाना जा सकता है । संबंधित सब्सट्रेट भावना के लिए इलाज में माना जाता है क्रम में लागू नैनोवायर इलाज स्पेक्ट्रम और प्रोफ़ाइल के संबंध में एक अनुकूलित परिणाम प्राप्त करने के लिए । यह व्यक्तिगत सब्सट्रेट और स्याही संयोजन के लिए अनुकूलित किया जाना है ।

इस काम में, inkjet छपाई के लिए एएम सब्सट्रेट्स और पन्ना की उपयुक्तता का प्रदर्शन किया गया । इसके अतिरिक्त, प्रक्रिया के लिए आवश्यक कारकों के साथ सामग्री गुण निर्धारित किए गए थे । एक रणनीति पंनी और AM धातु और बहुलक सब्सट्रेट पर काम कर संवेदक प्रोटोटाइप बनाना प्रस्तुत किया गया था । अंत में, प्राप्त माप गुणवत्ता एक प्रदर्शन प्रणाली के साथ किया माप के आधार पर दिखाया गया था । यह दृष्टिकोण सतहों, बाड़ों, और अंय संरचनाओं कि कई उपकरणों के डिजाइन में केवल एक यांत्रिक उद्देश्य था अब तक के भविष्य के विद्युत functionalization के लिए एक महत्वपूर्ण योगदान रूपों ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को धूमकेतु K1 ASSIC ऑस्ट्रिया के स्मार्ट सिस्टम्स इंटीग्रेशन रिसर्च सेंटर ने सपोर्ट किया है. धूमकेतु-उत्कृष्ट प्रौद्योगिकियों के लिए क्षमता केंद्रों-कार्यक्रम BMVIT, BMWFW, और कारिंथिया और Styria के संघीय प्रांतों द्वारा समर्थित है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PiXDRO LP 50 Meyer Burger AG Inkjet-Printer with dual-head assembly.
SM-128 Spectra S-class Fujifilm Dimatix Printheads with nozzle diameter of 50 µm, 50 pL calibrated dropsize and 800 dpi maximum resolution.
DMC-11610/DMC-11601 Fujifilm Dimatix Disposable printheads with nozzle diameter 21.5 µm, 1 or 10 pL calibrated dropsize
Sycris I50DM-119 PV Nanocell Conductive silver nanoparticle ink with 50 wt.% silver loading, with an average particle size of 120 nm, in triethylene glycol monomethyl ether.
Solsys EMD6200 SunChemical Insulating, low-k dielectric ink which is a mixture of acrylate-type monomers. Viscosity is 7-9 cps.
Dycotec DM-IN-7002-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 37.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7003C-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 29.7 mN/m
Dycotec DM-IN-7003-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 31.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7004-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 27.9 mN/m
Pulseforge 1200 Novacentrix Photonic curing/sintering equipment.
DektatkXT Bruker Stylus Profiler with stylus tip of 12.5 µm diameter and constant force of 4 mg.
C4S Cascade Microtech Four-point-probe measurement head.
2000 Keithley Multimeter to evaluate the measurements using the four-point-probe.
Helios NanoLab600i FEI Focused Ion Beam analysis station which provides high-energy gallium ion milling.
SeeSystem Advex Instruments Water contact angle measurement device.
Projet 3500 HDMax 3D Systems Professional high-resolution polymer 3D-printer. See also (accessed Sep. 2018): https://www.3dsystems.com/sites/default/files/projet_3500_plastic_0115_usen_web.pdf
Polytec PU 1000 Polytec PT Electrically conductive adhesive based on Polyurethane, available
Microdispenser Musashi Needle for microdispensing.
Micro-assembly station Finetech Equipment for assembly of, e.g., printed circuit boards (PCBs) and placing of chemicals (e.g. solder) and SMD parts.

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References

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Faller, L. M., Zikulnig, J., Krivec, … More

Faller, L. M., Zikulnig, J., Krivec, M., Roshanghias, A., Abram, A., Zangl, H. Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors. J. Vis. Exp. (143), e58677, doi:10.3791/58677 (2019).

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