UV-uitgeharde inkjet-geprinte zilveren poortelektrode met lage elektrische weerstand

Resultaten en discussie

Afbeelding 2a toont de invloed van de UV-uithardingstijd op de elektrische weerstand van de zilverfilms wanneer D = 37 cm. De elektrische weerstand nam drastisch af toen de UV-uithardingstijd tot 360 s toenam. Naarmate de tijd langer werd, nam deze iets af. Figuur 2b illustreert de veranderingen van de atomaire relatieve inhoud van de zilverfilms als de toename van de UV-uithardingstijd wanneer D = 37 cm. Het atomaire relatieve gehalte van koolstof en zuurstof nam geleidelijk af, terwijl dat van zilver toenam, wat betekende dat de organische stoffen met een hoge elektrische weerstand geleidelijk werden verwijderd. Tijdens dit proces nam de uithardingsgraad toe en werd de elektrische weerstand van zilverfilms lager. Toen de UV-uithardingstijd toenam van 360 naar 480 s, gaf de lichte afname van de elektrische weerstand aan dat de uithardingsgraad bij D = 37 cm was bijna in de buurt van het maximum. Het is duidelijk dat de UV-straling bij D = 37 cm was niet sterk genoeg om meer resterende organische stoffen te verwijderen wanneer de UV-uithardingstijd meer dan 360 s was.

Wanneer D = 37 cm (a )weerstand versus UV-uithardingstijd; (b ) atomaire relatieve inhoud van elementen van de films versus UV-uithardingstijd

Figuur 3a toont de effecten van D op de elektrische weerstand van de zilverfilms wanneer de UV-uithardingstijd 180 s is. Toen D afnam van 37 naar 25 cm, nam de elektrische weerstand snel af. Vervolgens nam de elektrische weerstand toe toen D daalde van 25 naar 23 cm. De organische stoffen in de zilverfilms werden geleidelijk verwijderd toen D daalde van 37 naar 25 cm, wat bijdroeg aan de vermindering van de elektrische weerstand.

Wanneer de UV-uithardingstijd 180 s was:(a ) soortelijke weerstand versus afstand; (b ) atomaire relatieve inhoud van elementen van de films versus afstand

Figuur 3b toont de veranderingen van het relatieve gehalte aan zilver, koolstof en zuurstof als functie van D wanneer de UV-uithardingstijd 180 s is. Zoals weergegeven in figuur 3b, toen D daalde van 37 naar 29 cm, nam het relatieve koolstofgehalte af, terwijl dat van zuurstof iets toenam. Terwijl D afgenomen, werden de zilverfilms blootgesteld aan hogere niveaus van UV-straling, waardoor de uithardingsdiepte dieper werd, de UV-uitharding en de warmteontwikkeling sneller werden. Hierdoor werden meer organische stoffen verwijderd. Het was dus logisch dat het relatieve koolstofgehalte afnam wanneer D afgenomen van 37 naar 29 cm.

Wanneer D daalde van 29 naar 25 cm, het relatieve gehalte aan koolstof nam toe terwijl het relatieve gehalte aan zuurstof iets afnam. Het gaf aan dat de organische stoffen kunnen worden verkoold, wat leidt tot de vorming van de geleidende koolstof. Toen D afnam, veroorzaakte de sterkere UV-straling een hogere temperatuur van de zilverfilm. Wanneer D = 27 cm, de temperatuur was hoog genoeg om geleidende koolstof te vormen vanwege de verkoling van organische stoffen. De koolstof overbrugde de zilveren nanodeeltjes, waardoor de elektrische weerstand daalde [13]. Toen D afnam van 27 naar 25 cm, werd er meer koolstof gevormd tussen aangrenzende zilveren nanodeeltjes, waardoor de elektrische weerstand verder werd verminderd.

Het relatieve koolstofgehalte nam snel af, terwijl het zuurstofgehalte toenam toen D afnam van 25 naar 23 cm. Ondertussen nam de elektrische weerstand van de zilverfilm af. Er waren twee mogelijke redenen voor dit fenomeen. De eerste was de oxidatie van zilveren nanodeeltjes. Gezongen Joon Kim et al. stelde voor dat het amorfe zilveroxide op de zilverfilm werd gevormd door de reactie van ozongas op de zilverfilms [21]. Het toenemende relatieve zuurstofgehalte wanneer D = 23 cm geeft de oxidatie van de zilverfilm aan. Wanneer D afgenomen, de intensiteit van de straling werd groter en ozongas kon meer worden gegenereerd nabij het oppervlak van de zilverfilms, wat resulteerde in een toenemende kans op oxidatie. Bovendien is de elektrische weerstand van zilveroxidatie 5,2 × 10 ⁻⁵ Ω m [22] die veel groter is dan die van puur zilver (1,6 × 10 ⁻⁸ m). Dus de zilveroxidatie kan de toename van de elektrische weerstand veroorzaken. De tweede was het verwijderen van de koolstof die de nanodeeltjes overbrugde [13]. Wanneer D afgenomen, de ophoping van warmte werd sneller en de uithardingsdiepte werd dieper, de koolstof in de films kan worden verwijderd vanwege de toenemende temperatuur. Als gevolg hiervan werd het contact tussen de zilverdeeltjes slechter, wat leidde tot een toenemende elektrische weerstand.

Afbeelding 4 toont de SEM-afbeeldingen van de zilverfilms die onder verschillende omstandigheden zijn uitgehard. Er werden geen duidelijke verschillen waargenomen in de dispersie en grootte van de zilveren nanodeeltjes die onder verschillende omstandigheden UV-uitgehard waren. De nanodeeltjes met een uniforme diameter waren gelijkmatig over het oppervlak verdeeld en nauw met elkaar verbonden, wat erop wees dat het oppervlak van de zilverfilm binnen korte tijd volledig was uitgehard. Het was de uithardingsdiepte en de uithardingsgraad op verschillende diepten van de films die de elektrische weerstand van de zilverfilms anders maakten.

SEM-beelden van zilverfilms die UV-uitgehard zijn bij (a .) ) D = 37 cm voor 180 s; (b ) D = 37 cm voor 300 s; (c ) D = 37 cm voor 480 s; (d ) D = 29 cm voor 180 s; (e ) D = 25 cm voor 180 s; (f ) D = 25 cm voor 480 s

Afbeelding 5 toont de oppervlaktemorfologieën van de zilverfilms die onder verschillende omstandigheden zijn uitgehard met UV. Er verschenen verschillende verspreide pieken op het oppervlak van de zilverfilms toen D werd veranderd tussen 29 en 25 cm. Er was echter geen kleine piek toen D = 37 cm. Het betekende dat de uithardingsdiepte toenam naarmate de afname van D . Toen de uithardingsdiepte te klein was om alle organische oplosmiddelen in inkjet-geprinte zilverfilm te verwijderen, werden alleen de organische stoffen die het oppervlak naderden verwijderd die weinig effect hadden op de oppervlaktemorfologie. Maar toen de uithardingsdiepte diep was, moesten de organische stoffen op diepe diepte de ondiepe laag van de films doorbreken om te worden verwijderd, wat leidde tot het verschijnen van de kleine pieken. Dit fenomeen zou dus ook gedeeltelijk kunnen verklaren hoe D beïnvloedde de elektrische weerstand van de zilverfilms.

3D-oppervlaktemorfologieën van de zilverfilms bij verschillende UV-uithardingsomstandigheden

Volgens bovenstaande resultaten nam de elektrische weerstand af naarmate de UV-uithardingstijd toenam tot 360 s, en nam vervolgens iets af wanneer de UV-uithardingstijd langer was dan 360 s. Bovendien nam de elektrische weerstand ook af wanneer D daalde van 37 naar 25 cm, maar nam toe wanneer D kleiner was dan 25 cm. Dus zilverfilms werden UV-uitgehard bij verschillende D variërend van 37 tot 25 cm voor verschillende UV-uithardingstijden om een ​​optimale UV-uithardingsconditie te vinden.

Afbeelding 6a toont de elektrische weerstand van de zilverfilms bij verschillende UV-uithardingsomstandigheden. Zoals weergegeven in Fig. 6a, nam de elektrische weerstand af met de toename van de UV-uithardingstijd bij een specifieke D en nam ook af met de daling van D bij een specifieke UV-uithardingstijd, die respectievelijk consistent waren met Fig. 2a en Fig. 3a. We waren van mening dat de uithardingsdiepte werd beïnvloed door D terwijl de uithardingsgraad werd beïnvloed door zowel de UV-uithardingstijd als D volgens de resultaten van Fig. 5 en Fig. 6a. Volgens dit hebben we een zilveren poortelektrode gemaakt met een lage elektrische weerstand (6.69 × 10 ⁻⁸ Ω m) UV-uitgehard bij D = 25 cm voor 480 s. Bovendien werd slechts een klein deel van de zilverfilm afgepeld na de tapetest die wordt getoond in Fig. 6b, wat een goede hechting van 4B vertoonde volgens de internationale ASTM-standaard.

een 3D-beeld voor de elektrische weerstand van de zilverfilms die zijn uitgehard bij verschillende UV-uithardingsomstandigheden. b Foto van UV-uitgeharde zilverfilms op glas na tapetest

In vergelijking met de UV-uithardingsmethode werd de warmteuithardingsmethode toegepast om de zilverfilms bij verschillende temperaturen te behandelen. Zoals te zien is in figuur 7, nam de elektrische soortelijke weerstand af naarmate de temperatuur stijgt, maar de elektrische soortelijke weerstand bleef bijna hetzelfde nadat de temperatuur boven de 120 °C kwam, met een elektrische soortelijke weerstand van 3,68 × 10 ^{−8 Ω} m. Zoals weergegeven in figuur 8, wordt de gemiddelde grootte van nanodeeltjes geleidelijk groter naarmate de temperatuur toeneemt. Veel nanodeeltjes begonnen samen te smelten tot grotere deeltjes toen de temperatuur 100 °C bereikte, en versmolten samen toen de temperatuur 140 °C was. Als we Fig. 4 met Fig. 8 vergelijken, waren de nanodeeltjes van de met warmte behandelde zilverfilms niet zo uniform als de UV-uitgeharde zilverfilms. De elektrische weerstand van de film UV-uitgehard bij D = 25 cm gedurende 480 s was slechts ongeveer twee keer groter dan die van de film die bij 120 °C met warmte werd behandeld. We konden ook zien dat de UV-uitgeharde films veel gladder waren dan warmtebehandelde films door Fig. 5 te vergelijken met Fig. 9. Bovendien gingen de zilveren nanodeeltjes in de UV-uitgeharde films niet samen in grotere deeltjes en waren er weinig aggregaties van de zilveren nanodeeltjes, wat aangaf dat de temperatuur van UV-uitharding lager was dan die tijdens warmteuitharding. Bovendien was de UV-uithardingsmethode minder tijdrovend. Dus we geloofden dat de fabricage van zilverpoortelektroden met een lage elektrische weerstand bij lage temperatuur door middel van UV-uithardingsmethode haalbaar was.

. Weerstand van zilverfilms die 30 min bij verschillende temperaturen zijn warmtebehandeld

SEM-afbeeldingen van de zilverfilms die gedurende 30 minuten bij verschillende temperaturen met warmte zijn behandeld:(a ) 25 °C; (b ) 100 °C; (c ) 140 °C

3D-oppervlaktemorfologieën van de zilverfilms die met warmte zijn behandeld bij (a .) ) 25 °C, (b ) 100 °C, en (c ) 140 °C