Tryckt elektronik använder standardutskriftstekniker för att tillverka elektroniska enheter på olika underlag som glas, plastfilmer, och papper. Intresset för detta område växer på grund av potentialen att skapa billigare kretsar mer effektivt än konventionella metoder. En ny studie av forskare vid Soonchunhyang University i Sydkorea, publicerad i AIP Advances , ger insikter om bearbetning av koppar nanopartikelfärg med grönt laserljus.

Kye-Si Kwon och hans kollegor arbetade tidigare med silver-nanopartikelfärg, men de vände sig till koppar (härrörande från kopparoxid) som ett möjligt billigt alternativ. Metallbläck sammansatta av nanopartiklar håller en fördel framför bulkmetaller på grund av deras lägre smältpunkter. Även om kopparens smältpunkt är cirka 1, 083 grader Celsius i bulk, enligt Kwon, kopparnanopartiklar kan föras till deras smältpunkt vid bara 150 till 500 C - genom en process som kallas sintring. Sedan, de kan slås samman och bindas samman.

Kwons grupp koncentrerar sig på fotoniska metoder för uppvärmning av nanopartiklar genom absorption av ljus. "En laserstråle kan fokuseras på ett mycket litet område, ner till mikrometernivån, "förklarade Kwon och doktorand Md. Khalilur Rahman. Värme från lasern tjänar två huvudsyften:att omvandla kopparoxid till koppar och främja sammanfogning av kopparpartiklar genom smältning.

En grön laser valdes ut för dessa uppgifter eftersom dess ljus (i intervallet 500 till 800 nanometer våglängdsabsorptionshastighet) ansågs vara bäst lämpat för applikationen. Kwon var också nyfiken eftersom till hans kunskap, användningen av gröna lasrar i denna roll har inte rapporterats någon annanstans.

I deras experiment, hans grupp använde kommersiellt tillgängligt kopparoxid nanopartikelfärg, som centrifugerades på glas med två hastigheter för att erhålla två tjocklekar. De, de förbehandlade materialet för att torka ut det mesta av lösningsmedlet före sintring. Detta är nödvändigt för att minska koppartoxidfilmens tjocklek och för att förhindra luftbubblexplosioner som kan uppstå från att lösningsmedlet plötsligt kokar under bestrålning. Efter en rad tester, Kwons team kom fram till att förgräddningstemperaturen bör vara något lägre än 200 grader C.

Forskarna undersökte också de optimala inställningarna för laserkraft och skanningshastighet under sintring för att förbättra kopparkretsarnas konduktivitet. De upptäckte att de bästa sintrade resultat producerades när lasereffekten varierade från 0,3 till 0,5 watt. De fann också att för att nå önskad konduktivitet, laserskanningshastigheten bör inte vara snabbare än 100 millimeter per sekund, eller långsammare än 10 mm/s.

Dessutom, Kwon och hans grupp undersökte tjockleken på film före och efter sintring-och dess inverkan på ledningsförmåga. Kwon och hans grupp drog slutsatsen att sintring minskar tjockleken med så mycket som 74 procent.

I framtida experiment, Kwons team kommer att undersöka substrateffekterna på sintring. Tagen tillsammans, dessa studier kan ge svar på några av de osäkerheter som hindrar tryckt elektronik.