فناوری نانو- الکترونیک چاپی-مشخصهیابی جوهرهای رسانا حاوی نانو مواد و لایههای رسانای چاپی- ویژگیها و روشهای آزمون
"Nanotechnologies — Printed electronics — Characterization of conductive inks containing nanomaterials and nanolayers — Specifications and test methods"
شماره:
23137
سال انتشار:
1401
الکترونیک چاپی شاخهای نسبتاً نوظهور و به سرعت در حال گسترش از صنعت است که در آن افزارههای الکترونیکی با استفاده از فناوریهای چاپ ساخته میشوند سرمایهگذاری اولیه لازم برای ساخت افزارههای الکترونیکی به وسیله این فناوری بسیار کمتر از سرمایه لازم برای ساخت این افزارهها با فناوریهای کلاسیک است. علاوه بر این در این صنعت میتوان افزارهها و سامانههای الکترونیکی جدید با کاراییهای جدید ساخت. به عنوان مثال میتوان افزارههای الکترونیکی را به صورت انعطافپذیر یا شفاف ساخت. همچنین میتوان افزارههای الکترونیکی را به صورت پوشیدنی روی لباس یا قابل نصب روی بدن ساخت. افزارههای ساخته شده در این صنعت نه تنها بسیار ارزانتر هستند و سریعتر و با سرمایه اولیه کمتری میتوان آنها را تولید کرد، بلکه معمولاً سبکتر و کمحجمتر از افزارههای کلاسیک نیز هستند. علاوه براین، فرآیندهای الکترونیک چاپی اثرات مضر محیطزیستی بسیار کمتری دارند.
پرکاربردترین و مهمترین مواد اولیه این صنعت عبارتاند از:
الف- جوهرهای رسانا و نیمرسانا: این مواد در بسیاری از موارد پراکنه نانوذرات رسانا یا نیمرسانا هستند که پس از چاپ، حلال آنها خشک شده و طی یک فرایند تفجوشی، ذرات مذکور به یکدیگر متصل شده و ساختاری یکپارچه از رسانا یا نیمرسانا را روی سطح ایجاد میکنند که ضخامت آن معمولاً بین ۲ نانومتر تا ۱۰۰ میکرومتر است. در بسیاری از موارد ضروری است که ذرات پراکنه فوق دارای ابعاد نانومتری باشند. به عنوان مثال در چاپ جوهرافشان جوهر از سر چاپگر که روزنهای با ابعاد میکرومتری است باید با سرعت عبور کند و برای جلوگیری از مسدود شدن این حفره، معمولاً ضروری است که ذرات موجود در جوهر کوچکتر از چند ده نانومتر باشند. در بسیاری از موارد دیگر نیز استفاده از ذرات نانومتری ضروری است: مانند مواردی که به دمای تف جوشی پائین نیاز است یا مواردی که لایه رسانای چاپ شده باید از نظر مکانیکی انعطافپذیر یا از نظر نوری شفاف باشد و یکی از پرکاربردترین مواد در جوهرهای رسانا نانوذرات نقره هستند. در برخی از موارد نیز از جوهرهای دارای ذرات میکرومتری استفاده میشود تا هزینه ساخت جوهر کاهش یافته و یا رسانایی الکتریکی لایه رسانا افزایش یابد. این جوهرها همچنین ممکن است متشکل از محلولی باشند که پس از چاپ، در آن واکنشی شیمیایی انجام میشود که موجب رسوب لایه نازکی از فلز یا نیمرسانا میشود. دیگر اجزای این جوهرها (آب الکل یا دیگر حلالها) معمولاً پس از چاپ به صورت گاز از سامانه خارج میشوند.
ب- بسترهها: معمولاً ورقههایی از پلیمر (بسپار)، سلولز یا فلز هستند که افزارههای الکترونیکی روی آنها چاپ میشوند. در بسیاری موارد روی بستره لایهای ناتو ساختار قرار داده میشود تا کیفیت افزاره چاپ شده روی آن بهتر شود.
پس از طراحی و شبیهسازی رایانهای محصول، برای چاپ مواد فوق روی بستره، چاپگرهای ویژه موردنیاز هستند. این چاپگرها معمولاً به چهار گروه زیر تقسیم میشوند که با توجه به مقدار تولید و مشخصات محصول و زمانی که برای توسعه هر محصول در اختیار است، یکی از آنها انتخاب میشود.
۱- چاپگر جوهرافشان
۲- چاپگر فلکسو
۳- چاپگر گراور
۴- چاپگر سیلک اسکرین
در برخی موارد پس از چاپ به چیدمان برخی قطعات روی مدار چاپ شده نیز نیاز است و نهایتاً محصول آزمون و بستهبندیشده، آماده تحویل به مشتری میشود.
فرآیندهای چاپ برای تولید افزارههای انعطافپذیر نیز بسیار امیدوارکننده هستند. به ویژه لایههای رسانای چاپ شده روی بسترههای عایق، به صورت گسترده به عنوان الکترود یا اتصال داخلی در افزارههای الکترونیکی انعطافپذیر به کار میروند. این لایهها برخلاف لایههای متداول ساخته شده روی الیاف شیشه یا سیلیکان، در زمان استفاده تحت تغییر شکلهای شدید مکانیکی قرار میگیرند. خواص الکتریکی لایههای رسانا در بسیاری از موارد به شدت نسبت به تنشهای مکانیکی حساس هستند و خیلی زودتر از وقوع شکست مکانیکی در لایه رسانا، خواص الکتریکی آنها تنزل مییابند. بنابراین داشتن روشی برای ارزیابی رسانایی الکتریکی لایههای رسانای ارائه شده توسط تأمینکنندگان و حتی در برخی موارد داشتن یک سامانه اندازهگیری داخلی در این صنعت موردنیاز است. زیرا جوهرهای رسانا، مواد بنیادین مورداستفاده در افزارههای چاپی هستند. به همین دلیل آزمونهای انعطافپذیری نیز در این استاندارد لحاظ شدهاند.
موضوع این استاندارد روشهای آزمون و شرایط و نحوه ارزیابی کیفیت جوهرهای رسانا در الکترونیک چاپی است. این استاندارد با استفاده از استاندارد 202:2016-62899 IEC تدوین شده است. در مجموعه استانداردهای فوق، استاندارد مربوط به آزمونهای انعطافپذیری جوهرهای رسانا نیز تحت عنوان 62899-202-5-2016 IEC منتشر شد که با توجه به اهمیت این آزمونها و نیازهای ملی، آزمونهای انعطافپذیری نیز بر اساس استاندارد 5-5-202-62899 IEC در این استاندارد ملی لحاظ شده است. به منظور هماهنگی بیشتر بین استانداردهای ملی مرتبط، در بند اصطلاحات و تعاریف از استاندارد ملی ایران- ایزو شماره ۱-۸۰۰۰۴ سال ۱۳۹۵ نیز استفاده شده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد مشخصهیابی و تعیین ویژگیها و روشهای آزمون جوهرهای رسانایی است که حاوی نانومواد هستند و از لایههای رسانا تشکیل شدهاند. در این استاندارد روشهای آزمون مربوط به انعطافپذیری، شفافیت نوری و مقاومت الکتریکی لایههای رسانای چاپ شده از جوهرهای رسانا ارائه شده است.
شماره استاندارد ملی ایران:
23137
سال انتشار:
1401
فناوری نانو- الکترونیک چاپی-مشخصهیابی جوهرهای رسانا حاوی نانو مواد و لایههای رسانای چاپی- ویژگیها و روشهای آزمون
"Nanotechnologies — Printed electronics — Characterization of conductive inks containing nanomaterials and nanolayers — Specifications and test methods"
الکترونیک چاپی شاخهای نسبتاً نوظهور و به سرعت در حال گسترش از صنعت است که در آن افزارههای الکترونیکی با استفاده از فناوریهای چاپ ساخته میشوند سرمایهگذاری اولیه لازم برای ساخت افزارههای الکترونیکی به وسیله این فناوری بسیار کمتر از سرمایه لازم برای ساخت این افزارهها با فناوریهای کلاسیک است. علاوه بر این در این صنعت میتوان افزارهها و سامانههای الکترونیکی جدید با کاراییهای جدید ساخت. به عنوان مثال میتوان افزارههای الکترونیکی را به صورت انعطافپذیر یا شفاف ساخت. همچنین میتوان افزارههای الکترونیکی را به صورت پوشیدنی روی لباس یا قابل نصب روی بدن ساخت. افزارههای ساخته شده در این صنعت نه تنها بسیار ارزانتر هستند و سریعتر و با سرمایه اولیه کمتری میتوان آنها را تولید کرد، بلکه معمولاً سبکتر و کمحجمتر از افزارههای کلاسیک نیز هستند. علاوه براین، فرآیندهای الکترونیک چاپی اثرات مضر محیطزیستی بسیار کمتری دارند.
پرکاربردترین و مهمترین مواد اولیه این صنعت عبارتاند از:
الف- جوهرهای رسانا و نیمرسانا: این مواد در بسیاری از موارد پراکنه نانوذرات رسانا یا نیمرسانا هستند که پس از چاپ، حلال آنها خشک شده و طی یک فرایند تفجوشی، ذرات مذکور به یکدیگر متصل شده و ساختاری یکپارچه از رسانا یا نیمرسانا را روی سطح ایجاد میکنند که ضخامت آن معمولاً بین ۲ نانومتر تا ۱۰۰ میکرومتر است. در بسیاری از موارد ضروری است که ذرات پراکنه فوق دارای ابعاد نانومتری باشند. به عنوان مثال در چاپ جوهرافشان جوهر از سر چاپگر که روزنهای با ابعاد میکرومتری است باید با سرعت عبور کند و برای جلوگیری از مسدود شدن این حفره، معمولاً ضروری است که ذرات موجود در جوهر کوچکتر از چند ده نانومتر باشند. در بسیاری از موارد دیگر نیز استفاده از ذرات نانومتری ضروری است: مانند مواردی که به دمای تف جوشی پائین نیاز است یا مواردی که لایه رسانای چاپ شده باید از نظر مکانیکی انعطافپذیر یا از نظر نوری شفاف باشد و یکی از پرکاربردترین مواد در جوهرهای رسانا نانوذرات نقره هستند. در برخی از موارد نیز از جوهرهای دارای ذرات میکرومتری استفاده میشود تا هزینه ساخت جوهر کاهش یافته و یا رسانایی الکتریکی لایه رسانا افزایش یابد. این جوهرها همچنین ممکن است متشکل از محلولی باشند که پس از چاپ، در آن واکنشی شیمیایی انجام میشود که موجب رسوب لایه نازکی از فلز یا نیمرسانا میشود. دیگر اجزای این جوهرها (آب الکل یا دیگر حلالها) معمولاً پس از چاپ به صورت گاز از سامانه خارج میشوند.
ب- بسترهها: معمولاً ورقههایی از پلیمر (بسپار)، سلولز یا فلز هستند که افزارههای الکترونیکی روی آنها چاپ میشوند. در بسیاری موارد روی بستره لایهای ناتو ساختار قرار داده میشود تا کیفیت افزاره چاپ شده روی آن بهتر شود.
پس از طراحی و شبیهسازی رایانهای محصول، برای چاپ مواد فوق روی بستره، چاپگرهای ویژه موردنیاز هستند. این چاپگرها معمولاً به چهار گروه زیر تقسیم میشوند که با توجه به مقدار تولید و مشخصات محصول و زمانی که برای توسعه هر محصول در اختیار است، یکی از آنها انتخاب میشود.
۱- چاپگر جوهرافشان
۲- چاپگر فلکسو
۳- چاپگر گراور
۴- چاپگر سیلک اسکرین
در برخی موارد پس از چاپ به چیدمان برخی قطعات روی مدار چاپ شده نیز نیاز است و نهایتاً محصول آزمون و بستهبندیشده، آماده تحویل به مشتری میشود.
فرآیندهای چاپ برای تولید افزارههای انعطافپذیر نیز بسیار امیدوارکننده هستند. به ویژه لایههای رسانای چاپ شده روی بسترههای عایق، به صورت گسترده به عنوان الکترود یا اتصال داخلی در افزارههای الکترونیکی انعطافپذیر به کار میروند. این لایهها برخلاف لایههای متداول ساخته شده روی الیاف شیشه یا سیلیکان، در زمان استفاده تحت تغییر شکلهای شدید مکانیکی قرار میگیرند. خواص الکتریکی لایههای رسانا در بسیاری از موارد به شدت نسبت به تنشهای مکانیکی حساس هستند و خیلی زودتر از وقوع شکست مکانیکی در لایه رسانا، خواص الکتریکی آنها تنزل مییابند. بنابراین داشتن روشی برای ارزیابی رسانایی الکتریکی لایههای رسانای ارائه شده توسط تأمینکنندگان و حتی در برخی موارد داشتن یک سامانه اندازهگیری داخلی در این صنعت موردنیاز است. زیرا جوهرهای رسانا، مواد بنیادین مورداستفاده در افزارههای چاپی هستند. به همین دلیل آزمونهای انعطافپذیری نیز در این استاندارد لحاظ شدهاند.
موضوع این استاندارد روشهای آزمون و شرایط و نحوه ارزیابی کیفیت جوهرهای رسانا در الکترونیک چاپی است. این استاندارد با استفاده از استاندارد 202:2016-62899 IEC تدوین شده است. در مجموعه استانداردهای فوق، استاندارد مربوط به آزمونهای انعطافپذیری جوهرهای رسانا نیز تحت عنوان 62899-202-5-2016 IEC منتشر شد که با توجه به اهمیت این آزمونها و نیازهای ملی، آزمونهای انعطافپذیری نیز بر اساس استاندارد 5-5-202-62899 IEC در این استاندارد ملی لحاظ شده است. به منظور هماهنگی بیشتر بین استانداردهای ملی مرتبط، در بند اصطلاحات و تعاریف از استاندارد ملی ایران- ایزو شماره ۱-۸۰۰۰۴ سال ۱۳۹۵ نیز استفاده شده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد مشخصهیابی و تعیین ویژگیها و روشهای آزمون جوهرهای رسانایی است که حاوی نانومواد هستند و از لایههای رسانا تشکیل شدهاند. در این استاندارد روشهای آزمون مربوط به انعطافپذیری، شفافیت نوری و مقاومت الکتریکی لایههای رسانای چاپ شده از جوهرهای رسانا ارائه شده است.