하이브리드 표면탄성파

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 15178(2015) 이 기사 인용

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기존 표면탄성파-정전증착(SAW-ED) 기술은 고밀도 용액이나 초고주파(100MHz)와 입자간 결합이 강한 용액을 미립화하는 데 한계가 있어 다른 박막 제조 기술과 경쟁하는데 어려움을 겪고 있다. 힘. 본 연구에서는 EHDA를 SAW와 통합하여 더 낮은 주파수(19.8MHZ) 및 전력에서 다양한 유형의 전도성 잉크를 증착함으로써 이 문제를 극복하기 위해 하이브리드 표면 탄성파-전기유체역학 원자화(SAW-EHDA) 시스템이 도입되었습니다. 세 가지 재료, 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 산화아연(ZnO) 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) )는 하이브리드 SAW-EHDA를 통해 박막으로 성공적으로 증착되었습니다. 필름은 우수한 형태적, 화학적, 전기적 및 광학적 특성을 보여주었습니다. 증착된 필름의 특성을 추가로 평가하기 위해 SAW-EHDA 시스템을 사용하여 증착된 PEDOT:PSS의 활성층으로 습도 센서를 제작했습니다. 다른 제조 기술을 사용하여 제작된 유사한 센서와 비교할 때 센서의 반응은 탁월하고 훨씬 뛰어났습니다. 장치 및 필름 특성의 결과는 하이브리드 SAW-EHDA 기술이 다양한 박막을 효율적으로 생산할 수 있는 높은 잠재력을 갖고 있으며 따라서 인쇄 전자의 특정 영역에서 유망한 미래를 예측할 수 있음을 시사합니다.

박막의 과학과 기술은 첨단 산업에서 중요한 역할을 해왔습니다. 박막 산업은 지난 수십 년 동안 존재해 왔으며 그 중요성과 고유한 기능으로 인해 박막의 응용 분야가 광범위하게 확장되었습니다. 이들 중 가장 주목할만한 것은 마이크로 전자 장치, 광학 코팅, 생물학적 임플란트, 내마모성 코팅, 평면 패널 디스플레이, 광전지 및 센서입니다1,2,3,4,5. 금속, 순수 원소, 유기 재료 및 산화물, 질화물, 폴리머와 같은 화합물을 포함한 다양한 재료는 박막 기술6,7,8을 통해 금속, 세라믹, 폴리머와 같은 다양한 유형의 기판에 증착될 수 있습니다. 이는 다양한 과학 분야의 필요와 요구 사항이 끊임없이 변화하고 이에 따라 박막 기술이 지속적으로 개발되고 성장하는 산업의 요구를 충족시키기 위해 더욱 정교하고 진보된 트렌드가 도입되기 때문입니다. 가장 널리 사용되는 박막 기술로는 스핀 코팅, 화학 기상 증착, 원자층 증착, 스퍼터링, 스핀 코터, 전기 유체 역학적 원자화, 미세 그라비어 인쇄, 롤투롤 대기 원자층 증착 및 스크린 인쇄 등이 있습니다9,10, 11,12.

박막 제조 및 패턴 증착을 위한 가능한 후보 중 하나는 표면탄성파(SAW) 원자화 기술입니다. SAW 파는 압전 기판에서 이동하는 매우 높은 주파수의 표면 Raleigh 파이며 진동을 통해 물방울 입자에 에너지를 공급하여 원자화를 일으키고 물방울의 건식 안개 유형 안개를 생성할 수 있습니다. SAW를 통한 전도성 잉크의 미세 미립화 실현, Kim et al. 전도성 단백질의 하전된 원자화 입자가 강한 전기장을 사용하여 중력 반대 방향으로 이동하는 전자 증착(SAW-ED)과 SAW를 통합하여 단백질 칩 제조에 적용했습니다. 이로 인해 패턴 및 필름 증착에 사용할 수 있는 새로운 방법이 도입되었습니다. 전하 콜리메이터를 사용하여 수집 효율이 향상되었지만, 원자화 후 액적이 IDT(Interdigital Transducer)에 반복적으로 배치되어 증착이 연속적이지 않았습니다. 또한 액적의 큰 활성 부피로 인해 원자화된 입자 크기는 10μm보다 약간 작았으며 이는 EHDA의 달성 가능한 최소 액적 크기보다 작지 않지만 노즐 막힘 문제만 방지합니다. 이 문제는 해결되었으며 SAW 주파수는 서브미크론 입자를 생성하기 위해 최대 95MHz까지 증가되었습니다18. 현재 SAW-ED의 문제점은 이러한 고주파수에서 작동할 수 있는 IDT의 제조가 매우 비싸고 원자화가 연속적이지 않아 증착 시간, 효율성 및 품질에 영향을 미친다는 것입니다19,20. 위에서 언급한 것과 동일한 단점을 지닌 고주파 SAW를 사용하여 에어로졸 및 약물 전달을 위해 직경 1~10μm의 단백질 입자가 생성되었습니다. 또한, SAW 분무기에 대한 대부분의 작업에서는 분무 및 증착이 용이하기 때문에 전도성이 높은 저밀도 단백질만 사용됩니다. 2011년에는 액체의 지속적인 원자화를 위해 SAW의 "자체 펌핑 효과"를 활용하여 지속적인 잉크 공급을 위해 여과지와 주사기 저장소를 사용했습니다. 불행하게도 이 방법은 저분자량 액체에만 유용하므로 장치 제작을 위한 잉크 선택 선택이 크게 제한됩니다. 같은 해에는 주사기 펌프를 통해 지속적인 잉크 흐름을 제공하여 SAW-EHDA를 사용하여 전도성 잉크의 박막 및 패턴 증착을 시도했지만 필름 특성이 매우 열악했습니다. 따라서 EHDA가 유체의 전기 원자화에도 작동하고 매우 균일한 얇은 필름을 생성할 수 있다면 하이브리드 SAW-EHDA가 필요하다고 가정할 수 있습니다. SAW-EHDA는 분무가 매우 균일하고 SAW 분무기를 통해 달성된 입자 크기가 EHDA 시스템(수 마이크론)에 비해 매우 작기 때문에(마이크론 미만) EHDA에 비해 박막 제조를 위한 강력한 후보입니다. 입자 크기가 작아짐에 따라 달성 가능한 최소 필름 두께도 감소하는 반면, 필름은 더 나은 전기적 및 기계적 특성으로 더 균일하고 비다공성이 됩니다.