Electrodo de puerta plateado impreso con inyección de tinta y curado por UV con baja resistividad eléctrica

Cuando el tiempo de curado UV fue de 180 s:( a ) resistividad versus distancia; ( b ) contenido relativo atómico de elementos de las películas versus distancia

La Figura 3b muestra los cambios de los contenidos relativos de plata, carbono y oxígeno en función de D cuando el tiempo de curado UV es de 180 s. Como se muestra en la Fig. 3b, cuando D disminuyó de 37 a 29 cm, el contenido relativo de carbono disminuyó mientras que el de oxígeno aumentó ligeramente. Mientras D disminuyó, las películas de plata se expusieron a niveles más altos de radiación UV, lo que significó que la profundidad de curado se hizo más profunda, el curado UV y la generación de calor se hicieron más rápidos. Como resultado, se eliminaron más sustancias orgánicas. Por tanto, tenía sentido que el contenido relativo de carbono disminuyese cuando D disminuyó de 37 a 29 cm.

Cuando D disminuyó de 29 a 25 cm, el contenido relativo de carbono aumentó mientras que el contenido relativo de oxígeno disminuyó ligeramente. Indicó que las sustancias orgánicas pueden carbonizarse dando lugar a la formación del carbono conductor. Cuando D disminuyó, la irradiación ultravioleta más fuerte indujo una temperatura más alta de la película de plata. Cuando D =27 cm, la temperatura fue lo suficientemente alta como para formar carbono conductor debido a la carbonización de sustancias orgánicas. El carbono puenteó las nanopartículas de plata, dando lugar a la disminución de la resistividad eléctrica [13]. Cuando D disminuyó de 27 a 25 cm, se formó más carbono entre las nanopartículas de plata vecinas, lo que provocó una mayor reducción de la resistividad eléctrica.

El contenido relativo de carbono disminuyó rápidamente mientras que el contenido de oxígeno aumentó cuando D disminuyó de 25 a 23 cm. Mientras tanto, la resistividad eléctrica de la película de plata disminuyó. Había dos posibles razones para este fenómeno. El primero fue la oxidación de nanopartículas de plata. Sung Joon Kim y col. propuso que el óxido de plata amorfo se formó en la película de plata debido a la reacción del gas ozono con las películas de plata [21]. El creciente contenido relativo de oxígeno cuando D =23 cm indica la oxidación de la película de plata. Cuando D disminuyó, la intensidad de la radiación se hizo mayor y fue más posible generar gas ozono cerca de la superficie de las películas de plata, lo que resultó en una mayor posibilidad de oxidación. Además, la resistividad eléctrica de la oxidación de la plata es de 5,2 × 10 ⁻⁵ Ω m [22] que es mucho más grande que el de la plata pura (1,6 × 10 ⁻⁸ Ω m). Por tanto, la oxidación de la plata puede provocar un aumento de la resistividad eléctrica. El segundo fue la eliminación del carbono que unía las nanopartículas [13]. Cuando D disminuyó, la acumulación de calor se hizo más rápida y la profundidad de curado se hizo más profunda, el carbón dentro de las películas puede eliminarse debido al aumento de temperatura. Como resultado, el contacto entre las partículas de plata empeoró y provocó un aumento de la resistividad eléctrica.

La Figura 4 muestra las imágenes SEM de las películas de plata curadas en diferentes condiciones. No se observaron diferencias obvias en la dispersión y el tamaño de las nanopartículas de plata curadas con UV en diferentes condiciones. Las nanopartículas con un diámetro uniforme se distribuyeron uniformemente en la superficie y se conectaron estrechamente entre sí, lo que indicó que la superficie de la película de plata se curó por completo en poco tiempo. Fue la profundidad de curado y el grado de curado a diferentes profundidades de las películas lo que hizo que la resistividad eléctrica de las películas de plata fuera diferente.

Imágenes SEM de películas de plata curadas con UV a ( a ) D =37 cm durante 180 s; ( b ) D =37 cm durante 300 s; ( c ) D =37 cm durante 480 s; ( d ) D =29 cm durante 180 s; ( e ) D =25 cm durante 180 s; ( f ) D =25 cm durante 480 s

La Figura 5 muestra las morfologías de la superficie de las películas de plata curadas con UV en diferentes condiciones. Varios picos dispersos aparecieron en la superficie de las películas plateadas cuando D se cambió entre 29 y 25 cm. Sin embargo, no hubo un pequeño pico cuando D =37 cm. Significó que la profundidad de curado aumentó a medida que disminuyó D . Cuando la profundidad de curado era demasiado pequeña para eliminar todos los disolventes orgánicos en la película de plata impresa con inyección de tinta, solo se eliminaban las sustancias orgánicas cercanas a la superficie que tenían poco efecto sobre la morfología de la superficie. Pero cuando la profundidad de curado era profunda, las sustancias orgánicas a gran profundidad tenían que romper la capa poco profunda de las películas que se eliminarían, lo que provocó la aparición de pequeños picos. Entonces, este fenómeno también podría explicar parcialmente cómo D afectó la resistividad eléctrica de las películas de plata.

Morfologías de superficie 3D de las películas de plata en diferentes condiciones de curado UV

Según los resultados anteriores, la resistividad eléctrica disminuyó a medida que el tiempo de curado con UV aumentó hasta 360 s, y luego disminuyó ligeramente cuando el tiempo de curado con UV fue superior a 360 s. Además, la resistividad eléctrica también disminuyó cuando D disminuyó de 37 a 25 cm, pero aumentó cuando D era menor de 25 cm. Entonces, las películas de plata se curaron con UV a diferentes D de 37 a 25 cm para diferentes tiempos de curado UV con el fin de encontrar una condición óptima de curado UV.

La Figura 6a muestra la resistividad eléctrica de las películas de plata en diferentes condiciones de curado por UV. Como se muestra en la Fig. 6a, la resistividad eléctrica disminuyó con el aumento del tiempo de curado UV en un D específico y también disminuyó con la disminución de D en un tiempo de curado UV específico, que era consistente con la Fig. 2a y la Fig. 3a, respectivamente. Creímos que la profundidad de curado se vio afectada por D mientras que el grado de curado se vio afectado por el tiempo de curado UV y D de acuerdo con los resultados de la Fig. 5 y la Fig. 6a. Según él, preparamos un electrodo de puerta plateada con baja resistividad eléctrica (6.69 × 10 ⁻⁸ Ω m) Curado con UV a D =25 cm durante 480 s. Además, solo una pequeña parte de la película de plata se desprendió después de la prueba de cinta que se muestra en la Fig. 6b, mostrando una buena adhesión de 4B según la norma internacional ASTM.

un Imagen 3D de la resistividad eléctrica de las capas de plata curadas en diferentes condiciones de curado UV. b Foto de películas de plata curadas con UV sobre vidrio después de la prueba de cinta

En comparación con el método de curado UV, se aplicó el método de curado por calor para tratar las películas de plata a diferentes temperaturas. Como se muestra en la Fig.7, la resistividad eléctrica disminuyó a medida que aumentaba la temperatura, pero la resistividad eléctrica casi se mantuvo igual después de que la temperatura supera los 120 ° C, con una resistividad eléctrica de 3,68 × 10 ^{−8 Ω} metro. Como se muestra en la Fig. 8, el tamaño medio de las nanopartículas se hace gradualmente más grande al aumentar la temperatura. Muchas nanopartículas comenzaron a fusionarse en partículas más grandes cuando la temperatura alcanzó los 100 ° C, y se fusionaron cuando la temperatura era de 140 ° C. Comparando la Fig. 4 con la Fig. 8, las nanopartículas de las películas de plata tratadas térmicamente no eran tan uniformes como las películas de plata curadas con UV. La resistividad eléctrica de la película curada con UV en D =25 cm durante 480 s fue sólo aproximadamente dos veces mayor que el de la película tratada térmicamente a 120 ° C. También pudimos ver que las películas curadas con UV eran mucho más suaves que las películas tratadas térmicamente al comparar la Fig. 5 con la Fig. 9. Además, las nanopartículas de plata en las películas curadas con UV no se fusionaron en partículas más grandes y hubo pocas agregaciones. de las nanopartículas de plata, lo que indicó que la temperatura de curado UV era más baja que durante el curado por calor. Además, el método de curado UV consumía menos tiempo. Así que creímos que la fabricación de electrodos de puerta de plata con baja resistividad eléctrica a baja temperatura mediante el método de curado UV era factible.

. Resistividad de películas de plata tratadas térmicamente a diferentes temperaturas durante 30 min

Imágenes SEM de las películas de plata tratadas térmicamente a diferentes temperaturas durante 30 min:( a ) 25 ° C; ( b ) 100 ° C; ( c ) 140 ° C

Morfologías de superficie 3D de las películas de plata tratadas térmicamente en ( a ) 25 ° C, ( b ) 100 ° C y ( c ) 140 ° C

Conclusiones

En este trabajo, preparamos electrodos de puerta de plata impresos por inyección de tinta con una resistividad eléctrica de 6,69 × 10 ⁻⁸ Ω m por radiación ultravioleta en D =25 cm durante 480 s. Los efectos del tiempo de curado UV y D sobre la resistividad eléctrica de las películas de nanopartículas de plata se investigaron sistemáticamente. La resistividad eléctrica de las películas de plata disminuyó a medida que aumentaba el tiempo de curado UV o la D disminuyó debido a la eliminación eficiente de sustancias orgánicas. Pero cuando D era menor de 25 cm, la resistividad eléctrica aumentó debido a la posible oxidación de la plata o la posible eliminación del carbono conductor generado durante el curado UV. En comparación con la película de plata curada por curado térmico, la textura de la película de plata curada con UV es más suave que la película de plata tratada térmicamente; además, el curado UV consumía menos tiempo. La radiación UV proporciona un enfoque eficiente y que ahorra tiempo para fabricar el electrodo de puerta de nanopartículas de plata con baja resistividad eléctrica mediante el método de curado UV.

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