Fremskridt inden for intens pulserende lyssintring åbner døren til forbedret elektronikproduktion

Hurtigere produktion af avancerede, fleksibel elektronik er blandt de potentielle fordele ved en opdagelse af forskere ved Oregon State Universitys College of Engineering.

Kigger dybere på fotonisk sintring af nanopartikelfilm af sølv - brug af intens pulserende lys, eller IPL, for hurtigt at fusionere funktionelle ledende nanopartikler - forskere afslørede en sammenhæng mellem filmtemperatur og fortætning. Fortætning i IPL øger tætheden af ​​en nanopartikel tyndfilm eller mønster, med større tæthed, hvilket fører til funktionelle forbedringer såsom større elektrisk ledningsevne.

Ingeniørerne fandt et temperaturvendepunkt i IPL på trods af ingen ændring i pulserende energi, og opdagede, at dette vendepunkt viser sig, fordi fortætning under IPL reducerer nanopartiklernes evne til at absorbere yderligere energi fra lyset.

Denne hidtil ukendte interaktion mellem optisk absorption og fortætning skaber en ny forståelse af, hvorfor fortætning udjævnes efter temperaturvendepunktet i IPL, og muliggør yderligere stort område, højhastigheds-IPL for at realisere sit fulde potentiale som en skalerbar og effektiv fremstillingsproces.

Rajiv Malhotra, adjunkt i maskinteknik ved OSU, og kandidatstuderende Shalu Bansal gennemførte forskningen. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Nanoteknologi .

"For nogle applikationer ønsker vi at have størst mulig tæthed, "Sagde Malhotra." For nogle gør vi ikke. Dermed, det bliver vigtigt at kontrollere fortætningen af ​​materialet. Da fortætning i IPL afhænger væsentligt af temperaturen, det er vigtigt at forstå og kontrollere temperaturudviklingen under processen. Denne forskning kan føre til meget bedre proceskontrol og udstyrsdesign i IPL."

Intens pulseret lyssintring giver mulighed for hurtigere fortætning - i løbet af få sekunder - over større områder sammenlignet med konventionelle sintringsprocesser såsom ovnbaseret og laserbaseret. IPL kan potentielt bruges til at sintre nanopartikler til applikationer i trykt elektronik, solceller, gassensing og fotokatalyse.

Tidligere forskning viste, at nanopartikelfortætning begynder over en kritisk optisk fluens pr. puls, men at den ikke ændrer sig væsentligt ud over et vist antal pulser.

Denne OSU-undersøgelse forklarer hvorfor, for en konstant flydende, der er et kritisk antal impulser, ud over hvilke fortætningen udjævnes.

"Udjævningen i tæthed sker, selvom der ikke er sket nogen ændring i den optiske energi, og selvom fortætningen ikke er fuldstændig, "Sagde Malhotra." Det opstår på grund af nanopartikelfilmens temperaturhistorie, dvs. temperaturvendepunktet. Kombinationen af ​​fluens og pulser skal overvejes nøje for at sikre, at du får den filmtæthed, du ønsker."

Et mindre antal højfluensimpulser frembringer hurtigt høj tæthed. For større tæthedskontrol, et større antal lavfluensimpulser er påkrævet.

"Vi sintrede på omkring 20 sekunder med en maksimal temperatur på omkring 250 grader Celsius i dette arbejde, " Malhotra. "Mere nyere arbejde, vi har udført, kan sintre inden for mindre end to sekunder og ved meget lavere temperaturer, ned til omkring 120 grader celsius. Lavere temperatur er afgørende for fleksibel elektronikproduktion. For at sænke omkostningerne, vi ønsker at printe denne fleksible elektronik på underlag som papir og plastik, som ville brænde eller smelte ved højere temperaturer. Ved at bruge IPL, vi skal være i stand til at skabe produktionsprocesser, der er både hurtigere og billigere, uden tab af produktkvalitet."

Produkter, der kunne udvikle sig fra forskningen, Malhotra sagde, er radiofrekvens identifikationsmærker, en bred vifte af fleksibel elektronik, bærbare biomedicinske sensorer, og sensorenheder til miljøapplikationer.