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Onda acústica de superficie híbrida

Jun 25, 2023

Scientific Reports volumen 5, número de artículo: 15178 (2015) Citar este artículo

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Detalles de métricas

La tecnología convencional de deposición electrostática de ondas acústicas de superficie (SAW-ED) tiene dificultades para competir con otras tecnologías de fabricación de películas delgadas debido a su limitación en la atomización de soluciones de alta densidad o soluciones con fuertes enlaces entre partículas que requieren una frecuencia muy alta (100 MHz) y fuerza. En este estudio, se introdujo un sistema híbrido de onda acústica de superficie y atomización electrohidrodinámica (SAW-EHDA) para superar este problema integrando EHDA con SAW para lograr la deposición de diferentes tipos de tintas conductoras a menor frecuencia (19,8 MHZ) y potencia. Tres materiales, poli[2-metoxi-5-(2-etilhexiloxi)-1,4-fenilenvinileno] (MEH-PPV), óxido de zinc (ZnO) y poli(3,4-etilendioxitiofeno):sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS). ) se han depositado con éxito como películas delgadas a través del híbrido SAW-EHDA. Las películas mostraron buenas características morfológicas, químicas, eléctricas y ópticas. Para evaluar más a fondo las características de las películas depositadas, se fabricó un sensor de humedad con una capa activa de PEDOT:PSS depositada utilizando el sistema SAW-EHDA. La respuesta del sensor fue excepcional y mucho mejor en comparación con sensores similares fabricados utilizando otras técnicas de fabricación. Los resultados del dispositivo y las características de las películas sugieren que la tecnología híbrida SAW-EHDA tiene un alto potencial para producir eficientemente una amplia variedad de películas delgadas y así predecir su futuro prometedor en ciertas áreas de la electrónica impresa.

La ciencia y la tecnología de las películas delgadas han desempeñado un papel importante en las industrias de alta tecnología. La industria de las películas delgadas ha estado presente durante las últimas décadas y, debido a su inmensa importancia y capacidades únicas, las áreas de aplicación de las películas delgadas se han ampliado ampliamente. Los más destacados son los dispositivos microelectrónicos, recubrimientos ópticos, implantes biológicos, recubrimientos resistentes al desgaste, pantallas planas, células fotovoltaicas y sensores1,2,3,4,5. Una gran variedad de materiales, incluidos metales, elementos puros, materiales orgánicos y compuestos como óxidos, nitruros y polímeros, pueden depositarse sobre diferentes tipos de sustratos, como metales, cerámicas y polímeros, mediante tecnologías de película delgada6,7,8. Esto se debe a las necesidades y requisitos en constante cambio de diversos campos científicos, mediante los cuales se han desarrollado continuamente tecnologías de película delgada y se han introducido tendencias más sofisticadas y avanzadas para satisfacer las necesidades de la industria en crecimiento. Algunas de las tecnologías de película delgada más utilizadas son el recubrimiento por rotación, la deposición química de vapor, la deposición de capas atómicas, la pulverización catódica, la recubridora por rotación, la atomización electrohidrodinámica, la impresión por micrograbado, la deposición de capas atómicas atmosféricas rollo a rollo y la serigrafía9,10. 11,12.

Uno de los posibles candidatos para la fabricación de películas delgadas y la deposición de patrones es la tecnología de atomización de ondas acústicas superficiales (SAW)13. Las ondas SAW son ondas de Raleigh superficiales de muy alta frecuencia que viajan en el sustrato piezoeléctrico y pueden energizar partículas de gotitas a través de vibraciones, lo que resulta en atomización y produce una niebla seca de gotitas tipo niebla14,15,16. Al darse cuenta de la fina atomización de las tintas conductoras a través de SAW, Kim et al. lo aplicaron en la fabricación de chips de proteínas incorporando SAW con deposición electrónica (SAW-ED), donde las partículas atomizadas cargadas de las proteínas conductoras se movían en oposición a la gravedad utilizando un fuerte campo eléctrico17. Esto llevó a la introducción de un nuevo método que podría usarse para patrones y deposición de películas. Si bien la eficiencia de recolección mejoró mediante el uso de un colimador de carga, la deposición no fue continua ya que la gota se colocó en el transductor interdigital (IDT) repetidamente después de la atomización. Además, debido al gran volumen activo de la gota, el tamaño de partícula atomizada fue ligeramente inferior a 10 μm, lo que si bien no es menor que el tamaño de gota mínimo alcanzable de EHDA, sólo evita los problemas de bloqueo de la boquilla. Se abordó el problema y se aumentó la frecuencia SAW hasta 95 MHz para producir partículas submicrónicas18. Actualmente, los problemas con SAW-ED incluyen que la fabricación de un IDT capaz de operar a una frecuencia tan alta es muy costosa y, además, la atomización no es continua, lo que afecta el tiempo de deposición, la eficiencia y la calidad19,20. Se han producido partículas de proteína de 1 a 10 μm de diámetro para aerosoles y administración de fármacos utilizando SAW de alta frecuencia con las mismas deficiencias mencionadas anteriormente. Además, en la mayor parte del trabajo sobre atomizadores SAW, solo se utilizan proteínas de baja densidad altamente conductoras debido a su facilidad de atomización y deposición. En 2011, se utilizó papel de filtro y un depósito de jeringa para un suministro continuo de tinta, utilizando el “efecto autobombeo” del SAW para la atomización continua de los líquidos21. Desafortunadamente, este método sólo es útil para líquidos de bajo peso molecular y, por lo tanto, limita en gran medida la elección de la tinta para la fabricación del dispositivo. En el mismo año, se intentó depositar una película delgada y un patrón de tinta conductora utilizando SAW-EHDA proporcionando un flujo de tinta continuo a través de una bomba de jeringa, pero las características de la película fueron muy pobres22. Por tanto, se podría suponer que necesitamos un SAW-EHDA híbrido cuando el EHDA también funciona con la atomización eléctrica del fluido y puede producir películas delgadas muy uniformes. SAW-EHDA es un fuerte candidato para la fabricación de películas delgadas en comparación con EHDA porque la atomización es muy uniforme y el tamaño de partícula logrado a través de los atomizadores SAW es muy pequeño (submicrónico) en comparación con los sistemas EHDA (pocas micras). A medida que el tamaño de las partículas se hace más pequeño, el espesor mínimo de película alcanzable también se reduce, mientras que la película será más uniforme y no porosa con mejores propiedades eléctricas y mecánicas.

En este trabajo de investigación, las limitaciones relacionadas con SAW y EHDA se han abordado y superado mediante una tecnología híbrida única de atomización y deposición. Los beneficios de SAW y EHDA se combinan y los inconvenientes se eliminan mediante el uso de una configuración de atomización dual. EHDA se utiliza como el primer atomizador que suministra continuamente pequeñas gotas de tinta al IDT del atomizador SAW y las gotas se descomponen en tamaños submicrónicos mediante ondas SAW. Este método disminuye el volumen activo del líquido a atomizar utilizando SAW, reduciendo así la frecuencia requerida para lograr gotas más pequeñas. Además, garantiza un suministro de tinta muy uniforme y continuo al atomizador SAW. Otra ventaja importante de esto es que podemos utilizar una variedad de materiales diferentes, ya que la introducción de un preatomizador en forma de EHDA amplía los rangos de densidad y peso molecular. La comparación de SAW-EHDA con otras técnicas de deposición en términos de tasa de deposición (espesor), resultados eléctricos, transparencia y rugosidad de la superficie para películas MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO se ha representado en la Tabla 1 complementaria. Esperamos que este método será la tecnología de alto potencial de próxima generación para la fabricación de películas y patrones delgados funcionales.

La onda acústica superficial (SAW) combinada con la atomización electrohidrodinámica (EHDA) es un método de deposición electrónica de materiales conductores, ya sea en forma de películas delgadas o en desarrollo de patrones mediante máscaras. Este sistema híbrido incorpora SAW y EHDA juntos por primera vez para películas delgadas y fabricación de patrones. En el sistema basado en SAW, se utilizó un transductor interdigital (IDT) para generar ondas de Rayleigh superficiales de alta frecuencia en un sustrato piezoeléctrico (Y-LiNbO3). Las ondas de Rayleigh son ondas acústicas superficiales que se generan cuando el Y-LiNbO3 anisotrópico se gira 128°22. Las ecuaciones de desplazamiento de ondas de Rayleigh resueltas por Choi et al. muestran que la rotación elíptica es en la dirección opuesta a la propagación de la onda22. La frecuencia máxima de las ondas depende de las propiedades del material del sustrato IDT y de las dimensiones del IDT. En este caso, la frecuencia suministrada al IDT fue de 19,8 MHz. Para lograr esta frecuencia, las dimensiones del IDT debían calcularse utilizando la ecuación 1.

Aquí, "f" es la frecuencia de 19,8 MHz, "v" es la velocidad acústica de la onda de Rayleigh para el piezoeléctrico LiNbO3 que se sabe que es 3960 m/s y "λ" es la longitud de onda de la onda viajera que dicta la dimensiones del IDT, dependiendo de los otros dos parámetros, o viceversa. “λ” debe ser igual al paso del IDT, lo que significa que el ancho del electrodo y el espacio entre los dos electrodos deben ser iguales a “λ/4”, es decir, 50 μm cada uno23. Las dimensiones del IDT utilizado en este estudio se muestran en la Figura 1 complementaria.

Se ha estudiado exhaustivamente la atomización electrohidrodinámica (EHDA) y se han desarrollado diferentes relaciones de tamaño de partículas y otros parámetros. Las tres cuestiones principales involucradas en este proceso son: (i) Formación de un chorro impulsado eléctricamente. (ii) Despliegue del chorro a un sustrato y (iii) Ordenamiento de partículas en las características impresas24. El primer paso es la formación de un chorro cónico estable cuyo diámetro depende principalmente del caudal del líquido y de la conductividad. Los parámetros que influyen en el proceso de producción de gotas son la conductividad, la permitividad dieléctrica, la tensión superficial, el caudal del líquido, la densidad, la viscosidad, el potencial aplicado, la forma capilar y la humectabilidad del material25. Las fases involucradas en la formación de un chorro de cono estable son: (i) Gota colgante (ii) Cono (iii) Chorro de cono y (iv) Chorro de cono estable26. Se calculó que el voltaje crítico promedio que soporta el menisco en el tubo capilar es ~1 KV. El tamaño de la gota depende de la densidad (ρ) del líquido, el caudal de tinta (Q), la tensión superficial (γ) y la conductividad de la tinta (K). A través de EHDA se consiguen gotas con un diámetro de unas pocas micras.

En estudios previos sobre SAW-EHDA, la tinta incide sobre el dispositivo SAW IDT gota a gota a través de una jeringa para obtener un flujo y deposición continuos. El problema con este tipo de configuración era que cuando se usaba una solución de alta densidad o una solución con fuertes enlaces entre partículas, la gota de tinta permanecía en el IDT y las ondas SAW no tenían suficiente energía para romperla en partículas. El volumen de control sobre el sustrato es la cantidad de líquido presente en un momento que se puede atomizar en partículas y depende de la densidad de energía de la onda acústica. Esta densidad de energía es la suma de la energía cinética y la energía interna del sustrato SAW a través del cual viajan las ondas. Esta energía está representada por la ecuación 627.

Aquí, ρ0 es el cambio de densidad del medio, ρa es el cambio de densidad de las partículas, va es la velocidad de una partícula y co es la velocidad del sonido. La presión de emisión sobre el volumen de control es el promedio temporal de la energía. A medida que el volumen de control disminuye, la presión de emisión sobre las partículas será más efectiva y la fuerza requerida para romper la atracción entre las moléculas de la solución para la atomización disminuirá. Además, el cambio de densidad en el medio se debe a las ondas SAW que viajan a través del sustrato piezoeléctrico y el cambio de densidad de las partículas del material presente en la parte superior del IDT en el volumen de control juega un papel vital en la determinación de la densidad interna. energía y la eficiencia de atomización. La densidad de las partículas se altera significativamente en el caso de la atomización electrohidrodinámica con una niebla de gotas de nivel micrométrico como suministro de tinta al IDT, en comparación con el caso del suministro de tinta en forma de gotas grandes.

En estudios anteriores, donde el flujo continuo de tinta sobre el sustrato se lograba dejando caer la tinta sobre la superficie del sustrato, la atomización debía realizarse a una frecuencia muy alta, con mayor potencia de entrada y una presión y fuerza de emisión suficientemente fuertes. romper la unión de un gran volumen de material. Esto exige que el diseño del IDT sea capaz de soportar vibraciones de alta frecuencia de hasta 100 MHz. El coste global del sistema aumenta y los requisitos de energía son elevados. Este problema ha sido superado por el sistema híbrido propuesto y probado integrando EHDA con SAW para conseguir la deposición de diferentes tipos de tintas conductoras a baja frecuencia y menor potencia de entrada. El volumen de control se reduce en gran medida, disminuyendo la fuerza requerida para la atomización. Este método nos permitió depositar tintas conductoras metálicas de alta densidad utilizando SAW-EHDA y también se depositaron otros polímeros conductores y semiconductores. La integración de EHDA con SAW también aumenta suficientemente la velocidad de deposición del proceso de atomización SAW y, por lo tanto, reduce el tiempo total de deposición. Los detalles del sistema y el principio de funcionamiento se muestran en la Fig. 1.

Detalles del sistema y principio de funcionamiento del sistema de deposición híbrido SAW-EHDA.

Primero se rocía el material a través de EHDA sobre el SAW-IDT y las ondas de Raleigh de la superficie elástica luego atomizan aún más las gotas, produciendo una fina niebla de partículas cargadas que son atraídas al sustrato de deposición a través de un campo eléctrico aplicado entre la máscara y el IDT. Se rociaron partículas en el rango de unas pocas micras sobre la superficie de SAW IDT y se atomizaron aún más en partículas de tamaño muy pequeño en un rango submicrónico, como se muestra en la Figura 3 complementaria. Estas partículas cargadas fueron atraídas mediante un campo eléctrico hacia el sustrato objetivo. . El campo eléctrico se aplicó mediante un sistema de voltaje de cuatro puntos. Se aplicó un alto voltaje negativo en magnitudes de kilovoltios a través de la boquilla EHDA y se conectó un terminal de tierra a la superficie en la que se colocó el SAW IDT. El suelo atrajo las partículas cargadas negativamente y las hizo incidir directamente sobre el IDT. Las partículas aún más atomizadas por el fenómeno SAW fueron atraídas hacia el sustrato objetivo a través de un campo eléctrico positivo aplicado suministrando un voltaje positivo de alta magnitud en el sustrato objetivo (Video S1 y S2 en Información complementaria). Se utilizó un colimador de carga para mejorar la recolección de partículas en el sustrato. Al colimador se le suministró un voltaje positivo ligeramente más bajo que el del sustrato objetivo en kilovoltios y se colocó entre el SAW IDT y el sustrato objetivo. Se realizaron simulaciones de campos eléctricos para maximizar la recolección de partículas en el sustrato objetivo, que también es un factor importante para definir la eficiencia del proceso SAW-EHDA. Las simulaciones presentadas en la Figura 2 complementaria muestran que la eficiencia de la fuerza eléctrica aumenta del 10% al 33% con la introducción de un colimador en el extremo del colector22.

La configuración experimental general para el sistema híbrido SAW-EHDA desarrollado para la deposición y modelado de películas delgadas se muestra en la Fig. 1. El sistema consiste en un sistema de bomba de jeringa que bombea la tinta bajo experimentación al cabezal rociador ESD a un caudal continuo y presión. El cabezal rociador es una boquilla metálica con un diámetro de cientos de micrones. La boquilla se suministra con un suministro negativo de alto voltaje de varios kilovoltios de magnitud. El spray se dirige al SAW IDT, que se coloca sobre un sustrato metálico conectado a tierra enfriado por agua circulante y un chip enfriador termoeléctrico Peltier. El sustrato objetivo está en la parte superior del sistema, que está conectado a una plataforma móvil de 3 ejes junto con el colimador controlado mediante un programa labview. Tanto el sustrato objetivo como el colimador reciben diferentes voltajes positivos en magnitudes de varios kilovoltios. El voltaje del colimador era menor que el del sustrato objetivo para producir un campo eléctrico entre ellos y permitir que las partículas se movieran a través de ellos hasta el objetivo final. La distancia entre la boquilla EHDA y el sustrato SAW se mantuvo fija en 5 mm, mientras que la distancia entre el colimador y la boquilla EHDA se varió según la tinta bajo experimentación. Las distancias se optimizaron para que la tinta conductora cayera primero desde la boquilla EHDA al dispositivo SAW a través de una diferencia de potencial de alto voltaje, luego se atrajera hacia el colimador y finalmente al sustrato objetivo de destino a través de un campo eléctrico aplicado opuesto.

La fabricación de películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO mediante SAW-EHDA se realizó bajo un conjunto de parámetros de procesamiento cuidadosamente optimizados, que se presentan en la Tabla 1. Es evidente que la mayoría de los parámetros experimentales que se han utilizado para la deposición de diferentes películas delgadas funcionales es bastante similar. La intención detrás del enfoque implementado de utilizar los mismos parámetros, en la medida de lo posible, era investigar de manera efectiva y comprender mejor el verdadero potencial de esta tecnología única para desarrollar una amplia variedad de películas delgadas. Habría sido imposible comparar los resultados de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO si los parámetros de procesamiento como el diámetro de la boquilla, el caudal y el tiempo de deposición, etc. fueran de valores diferentes. Uno de los principales parámetros, el voltaje aplicado, depende principalmente de las propiedades del material depositado. Por lo tanto, sus valores han diferido para MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO, aunque la mayoría de los demás parámetros experimentales se han mantenido iguales. Cabe mencionar aquí que los valores de voltaje y potencia aplicados que se han utilizado para depositar ZnO (3,52 kV, 6 W) son superiores a los de MEH-PPV (3,27 kV, 5 W) y PEDOT:PSS (3,35 kV y 5 W). Esto se debe a que el ZnO es un material comparativamente más pesado que MEH-PPV o PEDOT:PSS, ya que la densidad de ZnO es 5,16 g/cm3 y la de MEH-PPV y PEDOT:PSS es 0,8 g/cm3 y 1 g/cm3. respectivamente. Por lo tanto, el ZnO requiere un mayor voltaje y potencia para que pueda ser vaporizado y transportado al sustrato. En la Fig. 2 se muestran las micrografías ópticas de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO fabricadas con SAW-EHDA bajo el conjunto optimizado de parámetros.

Micrografías ópticas de bajo y alto aumento para SAW-EHDA desarrollaron películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO.

(a) Películas delgadas de MEH-PPV fabricadas con una máscara con un tamaño de 5 mm. (b) PEDOT: películas delgadas de PSS fabricadas utilizando una máscara con un tamaño de 3 mm. (c) Películas delgadas de ZnO fabricadas con una máscara con un tamaño de 3 mm. (d) Imagen de gran aumento de películas delgadas de MEH-PPV que no muestran irregularidades como grietas y orificios. (e) Imagen de gran aumento de PEDOT: películas delgadas de PSS que no muestran irregularidades. (f) Imagen de gran aumento de películas delgadas de ZnO que no muestran irregularidades como grietas y orificios. El tamaño de la barra de escala para las figuras a, b y c es de 5 mm y el de d, e y f es de 10 um.

Las Figuras 2a-c muestran las imágenes de baja resolución de las películas delgadas MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO, respectivamente. Las micrografías de alta resolución de las respectivas películas delgadas también se muestran en las figuras 2d a f. La morfología de la superficie de las películas delgadas reveladas se analizó cuidadosamente mediante microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (FESEM). Además de la medición del espesor utilizando el sistema de medición de espesor de película delgada no destructivo de última generación, el espesor también se confirmó mediante análisis de sección transversal de películas delgadas utilizando FESEM. Para obtener resultados cuantitativos con respecto a la calidad de la morfología de la superficie, los tres tipos de películas se caracterizaron cuidadosamente utilizando un nano perfilador de superficies sin contacto 3D. Las imágenes FESEM de morfología y espesor de la superficie, así como las imágenes de perfil de superficie 2D de películas delgadas MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO se muestran en la Fig. 3.

Imágenes FESEM para análisis de superficie y sección transversal y perfiles de superficie 2D para el análisis cuantitativo de películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO desarrolladas por SAW-EHDA.

(a) Películas delgadas de MEH-PPV que no muestran grietas ni orificios, pero muestran una morfología rugosa. (b) PEDOT: películas delgadas de PSS sin irregularidades y de morfología suave. (c) Películas delgadas de ZnO sin irregularidades y morfología suave. (d) Imagen de sección transversal FESEM para películas delgadas de MEH-PPV que muestran un espesor de 2.035 um. (e) PEDOT: Imagen de sección transversal de PSS que muestra un espesor de 2.120 um. (f) Imagen de la sección transversal de ZnO que muestra un espesor de 1,625 um. (g) Perfil de superficie 2D de películas delgadas de MEH-PPV que muestran una rugosidad aritmética promedio (Ra) de 16,18 nm. (h) Perfil de superficie 2D de PEDOT: películas delgadas de PSS que muestran una rugosidad aritmética promedio (Ra) de 8,09 nm. (i) Perfil de superficie 2D de películas delgadas de ZnO que muestran una rugosidad aritmética promedio (Ra) de 9,31 nm. El tamaño de la barra de escala para las figuras a, byc es de 200 nm y el de d, e y f es de 2 um.

La espectroscopia Raman es una poderosa herramienta de caracterización en el estudio de películas delgadas, mientras que los espectros de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR) ayudan a identificar la presencia de grupos funcionales. La investigación química y estructural de las películas MEH-PPV, ZnO y PEDOT:PSS depositadas a través de SAW-EHDA se llevó a cabo mediante dispersión Raman y espectroscopía FT-IR como se muestra en las figuras 4 y 5, respectivamente. Las Figuras 4a-c indican los espectros Raman de las películas, mientras que las Figuras 5a-c muestran los espectros FT-IR de las películas depositadas.

Espectroscopía Raman de películas depositadas mediante SAW-EHDA.

(a) Dispersión Raman de película MEH-PPV (b) Película ZnO (c) Película PEDOT:PSS.

Espectroscopía FT-IR de películas depositadas mediante SAW-EHDA.

(a) Espectro FT-IR de la película MEH-PPV (b) Película ZnO (c) Película PEDOT:PSS.

Se llevó a cabo la caracterización eléctrica de las películas delgadas conductoras fabricadas para comprobar si la calidad y la conductividad de la película eran comparables con los métodos de fabricación convencionales. Para la caracterización eléctrica, se depositaron sobre las superficies cuatro contactos circulares de plata con un diámetro de 0,5 mm cada uno a una distancia de separación de 3 mm entre sí formando un cuadrado. Luego, los datos intravenosos se registraron conectando las sondas del analizador del dispositivo a dos contactos cualesquiera a la vez. Las cuatro curvas I – V eran casi idénticas y en la Fig. 6 se presenta una de ellas para cada uno de MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO depositado a través del proceso híbrido SAW-EHDA. En la Fig. 6a, la resistencia de ZnO se puede calcular como 1.303 KΩ mientras que usando la Fig. 6b, la resistencia de PEDOT:PSS resulta ser de alrededor de 498 Ω. MEH-PPV muestra un comportamiento semiconductor, como se muestra en la Fig. 6c, con un voltaje de encendido de alrededor de 4 V con un flujo de corriente de 0,6 mA en el voltaje de encendido mientras que una corriente de 4,9 mA a 6 V muestra una resistencia de 1,22 KΩ . Los espesores medidos de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO son 2.035 μm, 2.120 μm y 1.625 μm, respectivamente, según se determina a partir de las imágenes SEM transversales de la Fig. 3. La resistencia laminar de las películas puede calcularse utilizando el método de Van der Pauw. En nuestro caso, los cuatro valores de resistencia eran casi iguales para una película, por lo tanto, se toma una aproximación de Rver = Rhor = R para cálculos más simples y la resistencia laminar para cada película se calcula usando la fórmula Rs = πR/ln (2 ). Esto nos da que la resistencia laminar de la película delgada de ZnO es igual a 5,9 KΩ/ □, la resistencia laminar de la película delgada PEDOT:PSS es 2,26 KΩ/□ y la de MEH-PPV es 5,53 KΩ/□. La resistividad de las películas se puede calcular multiplicando la resistencia de la lámina por el espesor de la película. La resistividad de la película de ZnO es igual a 959 mΩ-cm, para PEDOT:PSS es de 479 mΩ-cm y para MEH-PPV es de 1,125 Ω-cm. La conductividad de las películas delgadas se puede calcular tomando la inversa de la resistividad, lo que nos da una conductividad para ZnO de 1,04 S/cm, mientras que la conductividad de la película PEDOT:PSS se calcula en 2,09 S/cm y 0,889 S/cm para MEH-PPV. Todas las películas depositadas muestran características eléctricas prometedoras que son comparables a los resultados informados anteriormente de las respectivas películas.

Curvas I – V de las películas delgadas conductoras depositadas a través del proceso híbrido SAW-EHDA (a) Curva I – V de una película delgada de ZnO que muestra el comportamiento óhmico de la película, (b) PEDOT: Curva I – V de película delgada de PSS que muestra el comportamiento óhmico de la película, (c) Curva I – V de película delgada MEH-PPV que muestra un comportamiento diodico semiconductor con un voltaje de encendido de 4 V.

El análisis de las características morfológicas de películas delgadas no solo proporciona información sobre la viabilidad, optimización y grado de corrección de los parámetros operativos que se han utilizado, sino que también permite predecir el rendimiento de dichas películas delgadas funcionales. Se sabe que si las películas contienen irregularidades como grietas, poros y rayones, serán vulnerables a diversos elementos como la humedad atmosférica y el oxígeno, que pueden penetrar a través de dichas irregularidades y deteriorar el rendimiento de las películas de los dispositivos en los que se encuentran. son usados. Por tanto, es muy importante estudiar a fondo la morfología de la superficie.

Las micrografías ópticas presentadas en las figuras 2a a c muestran que MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO se han depositado de manera bastante uniforme sobre el sustrato. La barra de escala muestra que el área de la película para MEH-PPV es mayor que la de PEDOT: PSS y ZnO. Esto se debe a que se utilizó una máscara de mayor tamaño con un diámetro de 5 mm para la deposición de MEH-PPV que la máscara de 3 mm utilizada para PEDOT: PSS y ZnO. Las micrografías de alta resolución muestran claramente que las películas reveladas no presentan grietas ni rayones. Aunque las micrografías concluyeron una buena morfología de las películas, se requiere un estudio mucho más intenso y profundo de la morfología, que se ha realizado a través de FESEM. Como se presenta en las figuras 3a a c, las imágenes FESEM de alta resolución de películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO indican respectivamente que están libres de grietas y orificios. La ausencia de tales irregularidades confirma que las películas son de buena calidad y pueden usarse en aplicaciones electrónicas impresas. Sin embargo, los resultados muestran que la morfología de la superficie de las películas MEH-PPV es comparativamente más rugosa que la de las películas delgadas PEDOT: PSS y ZnO. El estudio de espesor de las películas reveladas proporciona información relacionada con el crecimiento y uniformidad de las películas reveladas. Las figuras 3d-f muestran las imágenes FESEM transversales de películas delgadas MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO respectivamente. De las figuras se desprende claramente que las películas reveladas son muy suaves y muy uniformes. El espesor medido de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO es de 2.035 μm, 2.120 μm y 1.625 μm, respectivamente. Como se mantuvo el tiempo de deposición, es decir, 30 min para los tres materiales, las velocidades de deposición calculadas para películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO fueron de 0,067 μm/min, 0,070 μm/min y 0,054 μm/min, respectivamente. De los resultados se desprende claramente que la tasa de deposición de ZnO fue comparativamente más baja que la de MEH-PPV y PEDOT: PSS. Esto se debe principalmente al hecho de que el ZnO es un material comparativamente más pesado que MEH-PPV y PEDOT:PSS porque la densidad del ZnO es de 5,16 g/cm3 y la de MEH-PPV y PEDOT:PSS es de 0,8 g/cm3 y 1 g. /cm3, a respectivamente. El espesor de las películas reveladas también se midió con el sistema de medición de espesor K-MAC ST4000-DLX y los resultados fueron bastante comparables a los calculados mediante el análisis de la sección transversal de las películas mediante FESEM.

Los resultados morfológicos se confirmaron y examinaron a través de un nano perfilador de superficie con el fin de realizar un análisis cuantitativo. La Figura 3g-i muestra los perfiles de superficie 2D de las películas delgadas MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO desarrolladas con SAW-EHDA, respectivamente. Los resultados mostraron que la rugosidad aritmética promedio (Ra) de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO fue de 16,18 nm, 8,09 nm y 9,31 nm, respectivamente. Como se desprende de los resultados, las películas delgadas de MEH-PPV desarrolladas tienen una rugosidad superficial comparativamente alta con respecto a la de PEDOT:PSS y ZnO, lo que confirma los resultados obtenidos del análisis FESEM. La rugosidad aritmética promedio es la altura promedio aritmética de picos y valles desde la línea media, medida dentro de la muestra de longitud específica. Se calcula como una integral del valor absoluto de la altura del perfil de rugosidad sobre la longitud de evaluación. Proporciona una descripción eficaz de las variaciones de altura en la superficie. Además de (Ra), la figura también presenta otros parámetros de rugosidad de la superficie como Rq, Rt y Rz. El Rq es la rugosidad cuadrática media y se describe como la desviación de altura promedio de la línea/plano de referencia en toda el área. Rt se describe como la altura máxima de pico a valle en la longitud de muestreo específica, mientras que Rz es la rugosidad promedio de pico a valle. Los valores Rq, Rt y Rz para las películas delgadas de MEH-PPV son 22,81 nm, 317,27 nm y 217,73 nm respectivamente. Mientras que los valores de Rq, Rt y Rz para las películas delgadas de PEDOT:PSS son 11,74 nm, 100,67 nm y 87,31 nm y los de ZnO son 12,46 nm, 105,20 nm y 90,36 nm respectivamente. Los valores de rugosidad de la superficie de las películas delgadas reveladas son muy apreciables y bastante comparables a los resultados informados anteriormente para películas delgadas desarrolladas mediante la tecnología EHDA, que se utiliza ampliamente para la fabricación de dispositivos multicapa28,29,30. Los perfiles de superficie 3D para películas delgadas MEH-PPV, PEDOT:PSS y ZnO se muestran en las Figuras complementarias 4, 5 y 6 respectivamente. Las películas reveladas también se caracterizaron por sus propiedades ópticas. Los resultados mostraron una transmitancia óptica superior al 85% en la región visible para las películas de ZnO y MEH-PPV, mientras que la transmitancia de la película delgada PEDOT:PSS fue inferior al 85%. También se analizó la absorbancia óptica de las películas y se normalizó según el espesor de las películas. Los espectros de absorbancia de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO fabricadas con SAW-EHDA se muestran en la Figura 7 complementaria.

Las bandas características de la película MEH-PPV en dispersión Raman indican C-H fuera del modo de flexión del plano a 970 cm-1, 1155 cm-1 (mezcla de estiramiento C-C y liberación de flexión en el plano C-H), C = C se une a 1325 cm-1 (C = C banda extensible de benceno) y 1634 cm-1 (C = C banda extensible del grupo vinilo). Los espectros Raman de la película depositada con ZnO a través de SAW-EHDA tienen picos característicos, donde se observan dos picos a 99,9 cm-1 y 439 cm-1, respectivamente. El pico prominente a 99,9 cm-1 corresponde al modo fonón del ZnO, que se atribuye a las vibraciones de la red de los átomos de zinc. El modo de fonón que se observa a 439 cm-1 se utiliza para caracterizar la tensión en la red de ZnO. En ZnO a granel, este modo ocurre a 434 cm-1, pero en una película de ZnO se desplaza a 439 cm-131. Estas vibraciones características están relacionadas con la vibración reticular de los átomos de oxígeno e indican la fase wurtzita del ZnO. En los espectros Raman de la película PEDOT:PSS, el pico más prominente se observa entre 1400 y 1500 cm-1. Esta banda estrecha es la característica de la película PEDOT:PSS, mientras que en la película PEDO:PSS prístina esta banda es más amplia32. Se observan varias bandas que están relacionadas con la estructura polimérica de PEDOT:PSS. Las bandas en 1568 cm-1 y 1511 cm-1 se atribuyen al estiramiento asimétrico Cα = Cβ, 1444 cm-1 se atribuye al simétrico Cα = Cβ, 1373 cm-1 se atribuye al estiramiento Cβ-Cβ y 1258 cm-1 se atribuye al estiramiento entre anillos Cα-Cα. La banda a 1040 cm-1 muestra deformación C-O-C, 995 cm-1 se atribuye a la deformación del anillo de oxietileno, 708 cm-1 se atribuye a la deformación simétrica C-S-C, 582 cm-1 se atribuye a deformación del oxietileno y 446 cm-1 se atribuyen a la flexión del SO2.

Los espectros FT-IR de la película MEH-PPV depositada tienen varias características. Se observan fuertes transiciones en el plano entre 500 y 1500 cm-1 y la mayoría de los picos corresponden a las bandas C-H en el plano. La transición experimental de resistencia media a 772 cm-1 puede interpretarse como una banda anular fuera del plano de los anillos de fenileno. Los picos a 857 y 968 cm-1 corresponden al movimiento fuera del plano de fenil C-H y vinileno C-H, respectivamente. Se espera que las intensidades de estos dos picos sean mayores cuando los planos de fenilvinilo se alinean paralelos a la superficie del sustrato y, al recocer térmicamente la película, los picos a 1033 y 1207 cm-1 se vuelven un poco más débiles que la película MEH-PPV sin recocer. porque los anillos de fenilo se vuelven más paralelos al sustrato33. Las bandas en 1033 y 1260 cm-1 se atribuyen al estiramiento simétrico y asimétrico del aril alquil éter (C-O-C), respectivamente. El estiramiento de fenil-oxígeno se puede observar a 1207 cm-1. Las bandas en 1376 y 1458 cm-1 exhiben flexión C – H simétrica y asimétrica, respectivamente, en el grupo CH2. Las dos bandas afiladas en 2853 y 2954 cm-1 se asignan al estiramiento asimétrico de C-H en el grupo CH2 y CH3, respectivamente.

Los espectros FT-IR de las películas delgadas de ZnO reveladas mostraron varios picos característicos. La aparición de un pico de absorción débil alrededor de 485 cm-1 representa la existencia del modo de estiramiento del Zn-O. Los picos a 1064 y 1416 cm-1 se atribuyen al modo de estiramiento aromático C = C y a las frecuencias de estiramiento C-O respectivamente, lo que puede deberse a trazas de surfactante. La banda ancha alrededor de 3400 cm-1 se asigna a la existencia del grupo hidroxilo en la superficie de la muestra y la débil absorción a 2500 cm-1 se debe a la existencia de moléculas de CO2. Las bandas entre 2800 y 3000 cm-1 se deben a las frecuencias de estiramiento de C-H.

Los espectros FT-IR de la película PEDOT:PSS tienen picos a 836 y 947 cm-1, que corresponden a las vibraciones de los enlaces S-C en la cadena PEDOT polimerizada. Los picos a 1073 y 1133 cm-1 se asignan al estiramiento de los enlaces C-O-C en el grupo etilendioxi. Los picos en 1220, 1333, 1460 y 1520 cm-1 pueden atribuirse al estiramiento del anillo de tiofeno. La presencia de picos en 2883 y 2930 cm-1 se debe a vibraciones de estiramiento del alquilo C-H. Los picos a 1646 y 3357 cm-1 corresponden a las vibraciones de flexión y estiramiento O-H, respectivamente.

Se han depositado con éxito películas delgadas funcionales de diferentes categorías de materiales conductores con excelentes características morfológicas, químicas y eléctricas. La película también se ha utilizado en la fabricación de dispositivos y se ha logrado un muy buen rendimiento del dispositivo. El sistema híbrido SAW-EHDA para la deposición funcional de películas delgadas y la fabricación de patrones es una técnica novedosa y prometedora con ciertas ventajas de tamaño de partícula atomizada pequeña y uniforme, bajo consumo de energía, condiciones atmosféricas ambientales y excelentes características de la película. Es una técnica prometedora propuesta para su uso en la fabricación de dispositivos como sensores y FET.

El sistema híbrido SAW-EHDA se ha implementado con éxito para depositar varias películas delgadas funcionales conductoras. Las películas fabricadas exhiben excelentes propiedades eléctricas y morfológicas y pueden usarse en diversas aplicaciones. Como el fenómeno funciona según el principio de atomización, se espera que la porosidad de la película sea mayor que la de la misma película depositada mediante spin-coating. Este hecho se tuvo en cuenta y se fabricó y caracterizó un sensor de humedad basado en una película delgada de PEDOT:PSS como capa sensora. El mismo IDT utilizado para producir ondas acústicas superficiales se utilizó como IDT para la fabricación del sensor de humedad. El uso de un sustrato piezoeléctrico y un IDT de alta frecuencia para la detección de humedad brinda ventajas adicionales de tiempos de recuperación rápidos de los sensores, como se explica en nuestro trabajo anterior34. Para comparar la respuesta del sensor fabricado con SAW-EHDA, también se fabricó otro sensor con la capa activa depositada usando revestimiento por rotación. La respuesta de resistencia del sensor fabricado a través de SAW-EHDA se registró en diferentes frecuencias de prueba para diferentes rangos de humedad. La respuesta de la muestra recubierta por rotación también se registró a una frecuencia de prueba de 1 kHz (mejores resultados) y se comparó con la de la muestra SAW-EHDA. Los gráficos de tiempo de respuesta y recuperación también se registraron utilizando el sistema de detección de aliento como se mencionó en nuestro trabajo de investigación anterior34. La Figura 7 muestra los resultados y la comparación de ambos tipos de sensores en términos de eficiencia de medición y también gráficos de tiempo de respuesta y recuperación.

Curvas características de la respuesta de los sensores medidas a diferentes niveles de humedad.

(a) Respuesta del sensor basado en SAW-EHDA a diferentes frecuencias de prueba para un rango de %RH de 0%RH a 90%RH, (b) Tiempo de respuesta del sensor con revestimiento giratorio con una resolución de medición de 100 ms, (c) Tiempo de respuesta de una muestra basada en SAW-EHDA con una resolución de medición de 100 ms, (d) Comparación de la respuesta resistiva de una muestra recubierta por rotación con una muestra basada en SAW-EHDA hacia un rango de medición completo de diferentes niveles de humedad a una frecuencia de prueba de 1 KHz, (e) Respuesta tiempo de sensor recubierto de giro con una resolución de medición de 10 ms, (f) Tiempo de respuesta de una muestra basada en SAW-EHDA con una resolución de medición de 10 ms.

La Figura 7a muestra las excelentes propiedades de detección de humedad del sensor con capa activa fabricada con SAW-EHDA que cubre un amplio rango de medición desde 0% RH hasta 90% RH. La comparación entre las respuestas de dos sensores hacia niveles variables de humedad para un rango completo se presenta en la Fig. 7b. El gráfico indica que la curva para la muestra recubierta por rotación es más alta que la de su contraparte SAW-EHDA, con una muestra recubierta por rotación que tiene una sensibilidad muy baja en la región RH inferior. Además, la pendiente del sensor con revestimiento giratorio es mayor, lo que implica que el sensor no es adecuado para aplicaciones de detección de humedad de amplio rango. Los tiempos de respuesta y recuperación se registraron con una resolución de 100 ms y 10 ms para ambos sensores. Las Figuras 7c, d muestran los tiempos de respuesta y recuperación hacia la inhalación y exhalación de la muestra recubierta por giro con una resolución de 100 ms y 10 ms respectivamente. Las Figuras 7e, f muestran los tiempos de respuesta y recuperación de la muestra SAW-EHDA con una resolución de 100 ms y 10 ms respectivamente. Los gráficos de alta resolución indican que el tiempo de respuesta de la muestra recubierta por giro fue de alrededor de 195 ms (promedio de cuatro lecturas), mientras que el de la muestra SAW-EHDA es de 140 ms. Los tiempos de recuperación de las muestras recubiertas por centrifugación y SAW-EHDA son 180 ms y 120 ms respectivamente. Aunque no hay una gran diferencia en las velocidades de operación de los sensores, está claro que las muestras basadas en SAW-EHDA muestran mejores velocidades de operación y sensibilidad. Una tendencia más que se puede observar en los gráficos de tiempo de respuesta es la estabilidad en funcionamiento en el caso del sensor basado en SAW-EHDA con curvas suaves y estables a un nivel de humedad constante mientras que las transiciones bruscas entre niveles de humedad más altos y más bajos.

Las imágenes transversales SEM y de perfil de superficie 2D de la capa activa PEDOT:PSS recubierta por rotación y de la capa activa SAW-EHDA se presentan en la Fig. 8 y muestran que el espesor de la película de la película recubierta por rotación es de 350 nm, mientras que el de la película SAW-EHDA es de 158 nm, que es considerablemente menor que el de la muestra recubierta por centrifugación. Las imágenes del perfil de superficie 2D de la película basada en SAW-EHDA y la película recubierta por rotación se presentan en las figuras 8a, b respectivamente. Los resultados indican que el número de poros (puntos de color azul oscuro) presentes en la película recubierta por centrifugación es mucho menor (casi la mitad) en comparación con el depositado usando SAW-EHDA para la misma área de muestra. El tamaño de poro promedio en la muestra basada en SAW-EHDA también es mayor que el de la muestra recubierta por centrifugación. Esto significa que la porosidad de la muestra basada en SAW-EHDA es casi el doble que la de la muestra recubierta por centrifugación.

Comparación de las morfologías de las películas de los dos sensores fabricados mediante deposición SAW-EHDA y recubrimiento por rotación.

(a) Perfil de superficie 2D de la película basada en SAW-EHDA (b) Perfil de superficie 2D de la película recubierta por rotación (c) Imagen SEM transversal de la película basada en SAW-EHDA (d) Imagen SEM transversal de la película recubierta por rotación.

En nuestro trabajo de investigación anterior34 se presentó en forma de tabla una comparación exhaustiva de un sensor similar fabricado utilizando el mismo IDT de alta frecuencia sobre sustrato piezoeléctrico con los otros sensores de humedad informados anteriormente en la literatura. El rango medible del sensor fabricado con SAW-EHDA es incluso más amplio que nuestro trabajo anterior debido a la mayor porosidad de la película. El tiempo de respuesta del sensor basado en SAW-EHDA también es casi tres veces más rápido que nuestro trabajo anterior debido al aumento de la porosidad de la película y a la reducción del espesor de la película. Además, si comparamos las características de nuestro sensor con las reportadas en la literatura fabricada usando PEDOT:PSS puro como capa sensora, el rango medible logrado es de 20% RH a 65% RH en un trabajo35 y el rango logrado en otro trabajo es 25% HR a 95%RH36. Ambos rangos medibles son considerablemente más bajos en comparación con el dispositivo basado en SAW-EHDA. Los tiempos de respuesta y recuperación en ambos trabajos referidos también son bastante más lentos que los nuestros. La morfología de la película y la respuesta de los sensores muestran que la película fabricada con SAW-EHDA es muy adecuada para aplicaciones de detección.

Para este experimento se preparó tinta MEH-PPV (conc. 0,5% en peso). El polvo de MEH-PPV se disolvió en cloroformo y se mantuvo para sonicación en baño durante 5 minutos a 4 °C y luego se mantuvo en un agitador magnético a temperatura ambiente durante 30 minutos.

Se preparó tinta ZnO (conc. 5% en peso) para el experimento SAW-ED. Se dispersó polvo de ZnO en etanol al 99,9% y luego se sonicó durante 10 minutos utilizando un sonicador de sonda ultrasónica. Se añadió 0,01% de Triton X-100 como tensioactivo para reducir la tensión superficial y mejorar la dispersión de partículas que facilita la pulverización y elimina la aglomeración de la tinta. Luego la solución se agitó durante 4 horas a 70 °C, después de lo cual la tinta estuvo lista para usarse.

Se preparó PEDOT:PSS (conc. 5 % en peso) diluyendo la pasta PEDOT:PSS en alcohol isopropílico y se sometió a ultrasonidos durante 30 min. Luego se colocó la tinta sobre un agitador magnético a temperatura ambiente durante 3 horas. Las propiedades físicas de las tintas se dan en la Tabla complementaria 2.

El sensor se fabricó reemplazando el sustrato objetivo en la configuración experimental con otro IDT de alta frecuencia en LiNbO3 como electrodo sensor y enfocando la abertura del colimador en la porción activa del IDT. PEDOT:PSS se atomizó utilizando los mismos parámetros mencionados en la Tabla 1 y se depositó una película delgada como capa activa del sensor de humedad. Para obtener una película delgada y porosa adecuada para aplicaciones de detección, el tiempo de deposición se redujo de 30 minutos a 5 minutos. La capa activa del otro sensor fabricado para comparación se depositó usando un recubrimiento por rotación simple enmascarando las porciones de conexión en los electrodos y dejando caer la misma tinta PEDOT:PSS usando micropipita en el área activa del IDT y luego recubrimiento por rotación a 2500 rpm. .

Los sensores se caracterizaron colocando el sensor fabricado en una cámara sellada junto con un sensor de humedad de referencia y luego controlando el nivel de humedad dentro de la cámara variando el contenido de vapor de agua y el caudal de gas nitrógeno a través de válvulas controladas. Las lecturas del nivel de humedad y la resistencia e impedancia en tiempo real del sensor se registraron en la computadora mediante una interfaz USB con marcas de tiempo. Los detalles sobre nuestra configuración de caracterización y el diagrama esquemático se presentan en nuestro trabajo de investigación anterior34.

La caracterización de las películas delgadas de MEH-PPV, PEDOT: PSS y ZnO depositadas en SAW-EHDA se realizó mediante diversas técnicas. Para las micrografías ópticas se utilizó un microscopio óptico Olympus BX51M equipado con capacidades de análisis de imágenes. Para la medición se utilizó un sistema de medición de espesor de película delgada, no destructivo y de última generación, K-MAC ST4000-DLX, basado en el principio de interferencia constructiva y destructiva en el espectro de la luz blanca que incide sobre la superficie de la película. Medición del espesor de la película. Se utilizó un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-SEM) JSM-6700F para observar la morfología, la conformidad y el espesor de la sección transversal de la película. El análisis cuantitativo de la morfología de la superficie se llevó a cabo utilizando un perfilador de superficies nano sin contacto 3D de alta precisión NanoView. Se utilizó un sistema de micro espectrómetro Raman bajo el modelo LabRAM HR EV con un láser de longitud de onda de 514 nm como fuente de excitación para el análisis Raman. Los grupos funcionales presentes en la película se investigaron utilizando el analizador de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), BrukerIFS66/S-Alemania. La caracterización UV se realizó utilizando un espectrofotómetro UV/VIS/NIR Shimadzu UV-3150. Para la caracterización eléctrica se utilizó el analizador de dispositivos semiconductores Agilent B1500A junto con la estación de sonda MST8000C. Sobre las superficies se depositaron cuatro contactos circulares de plata cada uno con un diámetro de 0,5 mm a una distancia de separación de 3 mm entre sí formando un cuadrado. Luego, los datos I-V se registraron conectando las sondas del analizador del dispositivo a dos contactos cualesquiera uno por uno para los cuatro lados del cuadrado. Se registraron barridos intravenosos simples y dobles a diferentes voltajes y tamaños de paso para las muestras para determinar la estabilidad de los resultados y las curvas se trazaron en tiempo real.

Cómo citar este artículo: Choi, KH et al. Onda acústica superficial híbrida: atomización electrohidrodinámica (SAW-EHDA) para el desarrollo de películas delgadas funcionales. Ciencia. Rep. 5, 15178; doi: 10.1038/srep15178 (2015).

Vorobiev, A., Berge, J. & Gevorgian, S. Condensadores sintonizables de voltaje Ba0.25Sr0.75TiO3 de película delgada sobre sustratos de sílice fundida para aplicaciones en microelectrónica de microondas. Películas sólidas delgadas 515, 6606–6610 (2007).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Taeschner, K., Bartzsch, H., Frach, P. y Schultheiss, E. Recubrimientos ópticos resistentes a rayones sobre polímeros mediante deposición química de vapor mejorada con plasma de magnetrón. Películas sólidas delgadas 520, 4150–4154 (2012).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Qiu, Z.-Y., Chen, C., Wang, X.-M. y Lee, I.-S. Avances en las técnicas de modificación de superficie de implantes óseos durante los últimos 10 años. Regeneración. Biomateria. 1, 67–79 (2014).

Artículo de Google Scholar

Kim, J., Duraisamy, N., Lee, T.-M., Kim, I. y Choi, K.-H. Atomización electrohidrodinámica híbrida de contacto superior de plata nanoestructurada para células solares orgánicas invertidas. Sol. Materia energética. Sol. Celdas 130, 156-162 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Choi, KH, Zubair, M. & Dang, HW Caracterización de un sensor de temperatura flexible fabricado mediante patrones electrohidrodinámicos de caída bajo demanda. Caracterización de un sensor de temperatura flexible fabricado mediante patrones electrohidrodinámicos de caída bajo demanda. Japón. J. Aplica. Física. 53, 05HB02 (2014).

Ali, K., Choi, K.-H., Kim, CY, Doh, YH y Jo, J. Mejora de la hidrofobicidad de películas delgadas de Al2O3 depositadas sobre sustratos poliméricos mediante deposición de capas atómicas con tratamiento con plasma de perfluoropropano. Aplica. Navegar. Ciencia. 305, 554–561 (2014).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Duraisamy, N., Hong, S.-J. y Choi, K.-H. Deposición y caracterización de nanocables de plata incrustados en películas delgadas de PEDOT:PSS mediante atomización electrohidrodinámica. Química. Ing. J. 225, 887–894 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Lee, S. y col. Fabricación de películas delgadas de Cu monocristalino de alta calidad mediante pulverización catódica por radiofrecuencia. Ciencia. Rep. 4, 6230 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Hijo, DI et al. Propiedades estructurales, ópticas y electrónicas de nanopartículas de ZnO formadas sobre sustratos de Al2O3 mediante recubrimiento por rotación y tratamiento térmico. J. Física coreana. Soc. 55, 1973 (2009).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Carcia, PF, McLean, RS, Groner, MD, Dameron, AA y George, SM Ultrabarreras de difusión de gas sobre sustratos poliméricos mediante deposición de capas atómicas de Al2O 3 y deposición química de vapor mejorada con plasma de SiN. J. Aplica. Física. 106, 023533 (2009).

ADS del artículo Google Scholar

Ali, K. y Choi, K.-H. Deposición de capas atómicas atmosféricas, rollo a rollo, a baja temperatura, de películas delgadas de Al 2 O 3. Langmuir 30, 14195–14203 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Jung, YS y cols. Deposición ultrafina de capas atómicas directas sobre electrodos compuestos para baterías de iones de litio altamente duraderas y seguras. Adv. Madre. 22, 2172–6 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Kurosawa, M., Watanabe, T. & Higuchi, T. Atomizador de ondas acústicas de superficie con efecto de bombeo. en Actas IEEE: Micro Electro Mechanical Systems Amsterdam, Países Bajos. 25–30 (1995). 10.1109/MEMSYS.1995.472559.

Kurosawa, M., Watanabe, T., Futami, A. & Higuchi, T. Atomizador de ondas acústicas de superficie. Sensores Actuadores A Phys. 50, 69–74 (1995).

Artículo CAS Google Scholar

Yamamoto, A., Nishimura, M., Ooishi, Y., Tsukada, N. & Higuchi, T. Atomización y agitación de gotitas utilizando ondas acústicas superficiales para la manipulación integrada de gotitas. J. Robot. Mecatrónica 18, 1–2 (2006).

Google Académico

Kurosawa, M., Futami, A. & Higuchi, T. Características de la atomización de líquidos mediante ondas acústicas superficiales. en Actas de sensores y actuadores de estado sólido internacionales: transductores 97, Chicago, IL USA 2 801–804 (IEEE, 1997).

Artículo CAS Google Scholar

Kim, J.-W. et al. Un dispositivo para fabricar chips de proteínas mediante el uso de un atomizador de ondas acústicas de superficie y deposición electrostática. Sensores Actuadores B Chem. 107, 535–545 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Ju, J., Yamagata, Y., Ohmori, H. & Higuchi, T. Atomizador de ondas acústicas de superficie de alta frecuencia. Sensores Actuadores A Phys. 145-146, 437-441 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Alvarez, M., Friend, J. & Yeo, LY Generación rápida de aerosoles y nanopartículas de proteínas mediante atomización de ondas acústicas superficiales. Nanotecnología 19, 455103 (2008).

ADS del artículo Google Scholar

Qi, A., Friend, J. y Yeo, L. Aplicación de atomización SAW en la administración de fármacos pulmonares inhalados. en Actas de SPIE: Aplicaciones biomédicas de micro y nanoingeniería IV y sistemas complejos, Melbourne, Australia. (eds. Nicolau, DV y Metcalfe, G.) 7270, 72700S–72700S–10 (2008).

Qi, A., Friend, J. & Yeo, L. Un atomizador de ondas acústicas de superficie miniaturizado con un sistema de suministro de líquido desechable sin bomba para atomización continua. en la sexta IEEE: Conferencia internacional sobre sistemas moleculares y de ingeniería nano/micro, Portland, Oregon, EE. UU. 289–292 (IEEE, 2011). 10.1109/NEMS.2011.6017350.

Choi, K.-H. et al. Desarrollo de sistema híbrido SAW-ED para capa fina conductora. en la 24ª Conferencia Canadiense sobre Ingeniería Eléctrica e Informática, Cataratas del Niágara, ON, Canadá. 000981–000984 (IEEE, 2011). 10.1109/CCECE.2011.6030606.

Kreft, DJ y Blick, RH en Microdispositivos para heliosismología (ed. Marco, G. Beghi) 637–652 (InTech, 2011). 10.5772/1

Poon, impresión electrohidrodinámica HF. (Universidad de Princeton, 2002).

Hartman, RPA Atomización electrohidrodinámica en modo de chorro cónico desde el modelado físico hasta la producción de polvo. (Technische Universiteit Delft, Países Bajos, 1998).

Lee, A., Jin, H., Dang, H.-W., Choi, K.-H. & Ahn, KH Optimización de parámetros experimentales para determinar los regímenes de inyección en impresión electrohidrodinámica. Langmuir 29, 13630–9 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Kim, J. Un estudio sobre el método de micropatrones que utiliza la deposición de nanopartículas controlada eléctricamente. (Universidad de Tokio, 2005).

Ksapabutr, B., Chalermkiti, T., Wongkasemjit, S. y Panapoy, M. Deposición controlable de películas de electrolitos de ceria dopadas con gadolinio mediante deposición por pulverización electrostática asistida por campo magnético. Películas sólidas delgadas 546, 423–430 (2013).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Hwang, K.-S., Jeong, J.-H., Jeon, Y.-S., Jeon, K.-O. y Kim, B.-H. Películas delgadas de ZnO depositadas por pulverización electrostática. Cerámica. En t. 33, 505–507 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Ghimbeu, CM, Lumbreras, M., Schoonman, J. & Siadat, M. Películas semiconductoras de óxido metálico electropulverizadas para la detección sensible y selectiva de sulfuro de hidrógeno. Sensores (Basilea). 9, 9122–32 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Ben Yahia, S., Znaidi, L., Kanaev, A. y Petitet, J.-P. Estudio Raman de películas delgadas de ZnO orientadas depositadas por el método sol-gel. Espectroquimia. Acta. A. Mol. Biomol. Espectrosc. 71, 1234–8 (2008).

ADS del artículo Google Scholar

Ouyang, J., Chu, C., Chen, F., Xu, Q. y Yang, Y. Dispositivos optoelectrónicos de polímeros con ánodos de poli (3,4-etilendioxitiofeno) de alta conductividad. J. Macromol. Ciencia. Parte A 41, 1497-1511 (2004).

Artículo de Google Scholar

Nurjuliana, J., Majid, WHA & Ibrahim, ZA Estudios estructurales y ópticos de MEH-PPV utilizando dos disolventes diferentes preparados mediante la técnica de recubrimiento por rotación. Ciencia de estado sólido. Tecnología. 15, 141-146 (2007).

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Choi, KH, Sajid, M., Aziz, S. y Yang, B.-S. Sensor de humedad relativa de alta velocidad y amplio rango basado en PEDOT: compuesto PSS-PVA en un IDT impreso sobre sustrato piezoeléctrico. Sensores Actuadores A Phys. 228, 40–49 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Sappat, A. y col. Sensor de humedad basado en microcantilever piezoresistivo con capas de detección PEDOT/PSS impresas con inyección de tinta. en el octavo grado de ingeniería eléctrica/electrónica, informática, telecomunicaciones y tecnología de la información, Khon Kaen, Tailandia. 34–37 (IEEE, 2011) 10.1109/ECTICON.2011.5947764.

Daoud, WA, Xin, JH & Szeto, YS Recubrimientos de polietilendioxitiofeno para fibras de poliamida con detección de humedad, temperatura y tensión. Sensores Actuadores B Chem. 109, 329–333 (2005).

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Este trabajo fue apoyado por una subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIP) (No. NRF-2014R1A2A1A01007699).

Departamento de Ingeniería Mecatrónica, Universidad Nacional de Jeju, Jeju, 690-756, Corea del Sur

Kyung Hyun Choi, Hyun Bum Kim, Kamran Ali, Memoon Sajid y Ghayas Uddin Siddiqui

Departamento de Matemáticas Aplicadas Universidad de Waterloo, Canadá

Dong Eui Chang

Instituto Coreano de Tecnología Industrial, Corea del Sur

Hyung Chan Kim

Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad Nacional de Jeju, Jeju, 690-756, Corea del Sur

Jeong Beom Ko, Hyun Woo Dang y Yang Hoi Doh

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HBK, KA, MS y GUS realizaron los experimentos y también escribieron el artículo con la ayuda de HCK, JBK y HWD. La ayuda matemática fue proporcionada por DEC. El análisis de los resultados y la revisión final del artículo fueron realizados por KHC y YHD.

Los autores no declaran tener intereses financieros en competencia.

Este trabajo está bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0 International. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en la línea de crédito; Si el material no está incluido bajo la licencia Creative Commons, los usuarios deberán obtener permiso del titular de la licencia para reproducir el material. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Reimpresiones y permisos

Choi, K., Kim, H., Ali, K. et al. Onda Acústica Superficial Híbrida-Atomización Electrohidrodinámica (SAW-EHDA) Para el Desarrollo de Películas Delgadas Funcionales. Representante científico 5, 15178 (2015). https://doi.org/10.1038/srep15178

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Recibido: 03 de marzo de 2015

Aceptado: 18 de septiembre de 2015

Publicado: 19 de octubre de 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep15178

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