Onda acústica de superfície híbrida

Scientific Reports volume 5, Artigo número: 15178 (2015) Citar este artigo

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A tecnologia de onda acústica de superfície convencional - deposição eletrostática (SAW-ED) está lutando para competir com outras tecnologias de fabricação de filmes finos devido à sua limitação na atomização de soluções de alta densidade ou soluções com forte ligação entre partículas que requerem frequência muito alta (100 MHz) e poder. Neste estudo, um sistema híbrido de onda acústica de superfície - atomização eletrohidrodinâmica (SAW-EHDA) foi introduzido para superar esse problema, integrando EHDA com SAW para obter a deposição de diferentes tipos de tintas condutoras em frequência mais baixa (19,8 MHz) e potência. Três materiais, Poli [2-metoxi-5-(2-etil-hexiloxi)-1, 4-fenilenovinileno] (MEH-PPV), Óxido de Zinco (ZnO) e Poli(3, 4-etilenodioxitiofeno):Sulfonato de Poliestireno (PEDOT:PSS ) foram depositados com sucesso como filmes finos através do híbrido SAW-EHDA. Os filmes apresentaram boas características morfológicas, químicas, elétricas e ópticas. Para avaliar melhor as características dos filmes depositados, foi fabricado um sensor de umidade com camada ativa de PEDOT:PSS depositada utilizando o sistema SAW-EHDA. A resposta do sensor foi excelente e muito melhor quando comparada com sensores similares fabricados utilizando outras técnicas de fabricação. Os resultados do dispositivo e as características dos filmes sugerem que a tecnologia híbrida SAW-EHDA tem alto potencial para produzir com eficiência uma ampla variedade de filmes finos e, assim, prever seu futuro promissor em determinadas áreas da eletrônica impressa.

A ciência e a tecnologia de filmes finos têm desempenhado um papel importante nas indústrias de alta tecnologia. A indústria de filmes finos está presente nas últimas décadas e devido à sua imensa importância e capacidades únicas, as áreas de aplicação dos filmes finos foram amplamente expandidas. Os mais notáveis ​​são dispositivos microeletrônicos, revestimentos ópticos, implantes biológicos, revestimentos resistentes ao desgaste, monitores de tela plana, células fotovoltaicas e sensores1,2,3,4,5. Uma grande variedade de materiais incluindo metais, elementos puros, materiais orgânicos e compostos como óxidos, nitretos e polímeros podem ser depositados em diferentes tipos de substratos como metais, cerâmicas e polímeros, através de tecnologias de filmes finos6,7,8. Isto deve-se às necessidades e requisitos em constante mudança de vários campos científicos, através dos quais as tecnologias de película fina têm sido continuamente desenvolvidas e tendências mais sofisticadas e avançadas têm sido introduzidas para satisfazer as necessidades da indústria em crescimento. Algumas das tecnologias de filmes finos mais amplamente utilizadas são revestimento por rotação, deposição de vapor químico, deposição de camada atômica, pulverização catódica, revestimento por rotação, atomização eletro-hidrodinâmica, impressão de microgravura, deposição de camada atômica atmosférica rolo a rolo e serigrafia9,10, 11,12.

Um dos possíveis candidatos para fabricação de filmes finos e deposição de padrões é a tecnologia de atomização por ondas acústicas de superfície (SAW) . As ondas SAW são ondas Raleigh de superfície de frequência muito alta que viajam no substrato piezoelétrico e podem energizar partículas de gotículas por meio de vibrações, resultando em atomização e produzindo uma névoa de gotículas do tipo névoa seca . Percebendo a atomização fina das tintas condutoras através do SAW, Kim et al. aplicaram-no na fabricação de chips de proteínas incorporando SAW com deposição eletrônica (SAW-ED), onde as partículas atomizadas carregadas das proteínas condutoras foram movidas no sentido oposto à gravidade usando um forte campo elétrico . Isto levou à introdução de um novo método que poderia ser usado para padrões e deposição de filmes. Embora a eficiência da coleta tenha sido melhorada com o uso de um colimador de carga, a deposição não foi contínua, pois a gota foi colocada repetidamente no transdutor interdigital (IDT) após a atomização. Além disso, devido ao grande volume ativo da gota, o tamanho da partícula atomizada foi ligeiramente inferior a 10 μm, o que, embora não seja menor que o tamanho mínimo de gota alcançável do EHDA, apenas evita os problemas de bloqueio do bocal. O problema foi resolvido e a frequência SAW foi aumentada para até 95 MHz para produzir partículas submicrométricas18. Atualmente, os problemas do SAW-ED incluem a fabricação de um IDT capaz de operar em tão alta frequência, que é muito caro e também que a atomização não é contínua, afetando o tempo de deposição, a eficiência e a qualidade . Partículas de proteína com diâmetro de 1 a 10 μm foram produzidas para aerossóis e administração de medicamentos usando SAW de alta frequência com as mesmas deficiências mencionadas acima. Além disso, na maior parte dos trabalhos em atomizadores SAW, apenas proteínas altamente condutoras de baixa densidade são utilizadas devido à sua facilidade de atomização e deposição. Em 2011, foram utilizados papel filtro e reservatório de seringa para fornecimento contínuo de tinta, utilizando o “efeito de autobombeamento” do SAW para a atomização contínua dos líquidos21. Infelizmente, este método só é útil para líquidos de baixo peso molecular e, portanto, limita grandemente a escolha da tinta para a fabricação do dispositivo. No mesmo ano, foi feita uma tentativa de deposição de filme fino e padrão de tinta condutora usando SAW-EHDA, fornecendo fluxo contínuo de tinta através de uma bomba de seringa, mas as características do filme eram muito ruins22. Pode-se, portanto, presumir que precisamos de um SAW-EHDA híbrido quando o EHDA também trabalha na atomização elétrica do fluido e pode produzir filmes finos muito uniformes. O SAW-EHDA é um forte candidato para a fabricação de filmes finos em comparação com o EHDA porque a atomização é muito uniforme e o tamanho de partícula alcançado através dos atomizadores SAW é muito pequeno (submícron) em comparação com os sistemas EHDA (poucos mícrons). À medida que o tamanho das partículas se torna menor, a espessura mínima do filme alcançável também diminui, enquanto o filme será mais uniforme e não poroso, com melhores propriedades elétricas e mecânicas.