ハイブリッド表面弾性波

Scientific Reports volume 5、記事番号: 15178 (2015) この記事を引用

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メトリクスの詳細

従来の表面弾性波 - 静電堆積 (SAW-ED) 技術は、非常に高い周波数 (100 MHz) と、非常に高い周波数 (100 MHz) を必要とする強力な粒子間結合を備えた溶液の噴霧に限界があるため、他の薄膜製造技術との競争に苦戦しています。力。 この研究では、ハイブリッド表面弾性波 - 電気流体力学霧化 (SAW-EHDA) システムが導入され、EHDA と SAW を統合して、より低い周波数 (19.8 MHz) と電力でさまざまなタイプの導電性インクの堆積を実現することで、この問題を解決しました。 3 つの材料、ポリ [2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1, 4-フェニレンビニレン] (MEH-PPV)、酸化亜鉛 (ZnO) およびポリ (3, 4-エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレン スルホン酸塩 (PEDOT:PSS) ) は、ハイブリッド SAW-EHDA によって薄膜として成膜されることに成功しました。 フィルムは良好な形態学的、化学的、電気的および光学的特性を示しました。 堆積膜の特性をさらに評価するために、SAW-EHDA システムを使用して堆積された PEDOT:PSS の活性層を備えた湿度センサーが製造されました。 センサーの応答は際立って優れており、他の製造技術を使用して製造された同様のセンサーと比較するとはるかに優れていました。 デバイスとフィルムの特性の結果は、ハイブリッド SAW-EHDA 技術が幅広い種類の薄膜を効率的に製造する高い可能性を秘めていることを示唆しており、プリンテッド エレクトロニクスの特定の分野におけるその有望な将来を予測しています。

薄膜の科学技術はハイテク産業において重要な役割を果たしてきました。 薄膜産業は過去数十年にわたって存在しており、その計り知れない重要性と独自の機能により、薄膜の応用分野は広く拡大されてきました。 これらの中で最も注目すべきものは、マイクロ電子デバイス、光学コーティング、生体インプラント、耐摩耗性コーティング、フラットパネルディスプレイ、太陽電池およびセンサーです1、2、3、4、5。 金属、純粋元素、有機材料、酸化物、窒化物、ポリマーなどの化合物を含む多種多様な材料を、薄膜技術を通じて金属、セラミック、ポリマーなどのさまざまな種類の基板上に堆積できます6、7、8。 これは、さまざまな科学分野のニーズや要件が絶えず変化しているためであり、成長する業界のニーズを満たすために、薄膜技術が継続的に開発され、より洗練された高度なトレンドが導入されています。 最も広く使用されている薄膜技術には、スピン コーティング、化学蒸着、原子層堆積、スパッタリング、スピン コーター、電気流体力学的霧化、マイクロ グラビア印刷、ロールツーロール大気圧原子層堆積、スクリーン印刷などがあります9,10。 11、12。

薄膜製造およびパターン堆積の考えられる候補の 1 つは、弾性表面波 (SAW) 霧化技術です 13。 SAW 波は、圧電基板内を伝わる非常に高い周波数の表面ローリー波であり、振動によって液滴粒子にエネルギーを与えることができ、結果として霧化が起こり、ドライフォグタイプの液滴ミストが生成されます 14、15、16。 Kim らは SAW を通じて導電性インクの微細な霧化を実現しました。 SAW と電子蒸着 (SAW-ED) を組み込むことにより、この技術をタンパク質チップの製造に応用しました。この方法では、導電性タンパク質の荷電霧化粒子が、強い電場を使用して重力に逆らって移動させられます。 これにより、パターンや成膜に使用できる新しい方法が導入されました。 電荷コリメータを使用することで収集効率は向上しましたが、霧化後に液滴がすだれ状トランスデューサ (IDT) に繰り返し配置されるため、堆積は連続的ではありませんでした。 また、液滴の有効体積が大きいため、噴霧粒子サイズは 10 μm 未満であり、EHDA の達成可能な最小液滴サイズよりも小さくはありませんが、ノズルの詰まりの問題を回避するだけです。 この問題は解決され、サブミクロンの粒子を生成するために SAW 周波数が最大 95 MHz まで増加しました 18。 現在、SAW-ED の問題には、このような高周波で動作可能な IDT の製造が非常に高価であること、また、噴霧が連続的ではないため、堆積時間、効率、品質に影響を与えることが挙げられます 19,20。 直径 1 ～ 10 μm のタンパク質粒子は、高周波 SAW を使用してエアロゾルおよび薬物送達用に製造されていますが、上記と同じ欠点があります。 さらに、SAW アトマイザーに関する研究のほとんどでは、噴霧と堆積が容易なため、導電性の高い低密度タンパク質のみが使用されます。 2011 年には、SAW の「自己ポンピング効果」を利用して液体を連続的に噴霧し、インクの連続供給に濾紙とシリンジ リザーバーが使用されました21。 残念ながら、この方法は低分子量の液体にのみ有効であるため、デバイス製造におけるインクの選択の選択肢が大幅に制限されます。 同年、シリンジポンプを介して連続的なインク流を提供することにより、SAW-EHDA を使用して導電性インクの薄膜およびパターンの堆積が試みられましたが、膜特性は非常に貧弱でした 22。 したがって、EHDA が流体の電気霧化にも機能し、非常に均一な薄膜を生成できる場合には、ハイブリッド SAW-EHDA が必要であると想定できます。 SAW-EHDA は、EHDA システム (数ミクロン) と比較して噴霧が非常に均一であり、SAW アトマイザーによって達成される粒子サイズが非常に小さい (サブミクロン) ため、EHDA と比較して薄膜製造の有力な候補です。 粒子サイズが小さくなるにつれて、達成可能な最小膜厚も減少しますが、膜はより均一で非多孔質となり、電気的および機械的特性が向上します。