Удосконалення технології друкування фарбових струмопровідних шарів
Вантажиться...
Дата
2026
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Бардовський Б. О. Удосконалення технології друкування фарбових струмопровідних шарів. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 186 Видавництво та поліграфія (18 Виробництво та технології). – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального науково-прикладного завдання – удосконалення технології друкування фарбових струмопровідних шарів на паперових основах шляхом удосконалення процесів попередньої обробки коронним розрядом і пост-обробки термоциклюванням у кліматичній камері для підвищення якості струмопровідних доріжок. Друкована електроніка є одним із перспективних напрямів розвитку сучасних поліграфічних і електронних технологій, орієнтованих на створення гнучких, легких та функціональних електронних виробів. Особливий інтерес у цьому напрямі становить використання паперових основ як екологічно безпечних, доступних і придатних до масштабованого рулонного виробництва носіїв. Водночас природна пористість, шорсткість і гідрофільність паперу зумовлюють низьку адгезію та нестабільність електрофізичних характеристик струмопровідних шарів, сформованих друкарськими методами. Це обмежує можливості промислового застосування паперових основ у друкованій електроніці та потребує вдосконалення технологічних процесів їх підготовки й обробки. У зв’язку з цим актуальним науково-прикладним завданням є розроблення та обґрунтування технологічних рішень, спрямованих на підвищення якості, адгезії та стабільності струмопровідних шарів, нанесених трафаретним друком на паперові основи. Робота безпосередньо узгоджується з темами ініціативних кафедральних науководослідних робіт: «Технології забезпечення якості фарбових та функціональних шарів» та «Теоретико-методологічні засади забезпечення зносостійкості поліграфічної продукції». Метою дисертаційної роботи є удосконалення технологічного процесу друкування провідних шарів трафаретним друком з урахуванням поверхневих властивостей паперових основ. Для досягнення поставленої мети в роботі, основний зміст якої викладено в чотирьох розділах, виконано низку завдань. У розділі 1 «Cучасний стан та проблеми створення елементів друкованої електроніки на паперових основах» проведено аналітичний огляд сучасного стану технологій друкованої електроніки, здійснено класифікацію методів нанесення функціональних шарів та матеріалів основ з урахуванням їх придатності до формування струмопровідних доріжок. Проаналізовано друкарські та вакуумні технології нанесення провідних шарів, виконано порівняння трафаретного, струминного друку та магнетронного напилення за критеріями собівартості, масштабованості, сумісності з паперовими основами та механічної стійкості. Досліджено властивості паперових, полімерних і гібридних основ, а також матеріали струмопровідних фарб, що застосовуються у друкованій електроніці. Узагальнено методи кількісної оцінки мікрорельєфу та поверхневої енергії паперових основ, включно з параметрами шорсткості, змочуваності та фрактальної розмірності, і сформульовано передумови для вдосконалення технологічного процесу формування струмопровідних шарів на папері. У розділі 2 «Матеріали і методи дослідження» розроблено загальний алгоритм проведення експериментальних досліджень, спрямованих на оцінювання впливу попередньої обробки паперових основ на якість струмопровідних доріжок друкованої електроніки. Обґрунтовано вибір матеріалів, зразків паперових основ, струмопровідних фарб і металів, а також устаткування для проведення досліджень. Описано удосконалену методику обробки поверхні паперу коронним розрядом із варіюванням режимів, методи формування провідних доріжок трафаретним друком і магнетронним напиленням, а також комплекс методів контролю морфологічних, адгезійних та електрофізичних характеристик. Сформовано методику імітації експлуатаційних впливів, що включає механічні, хімічні та температурні навантаження, і визначено порядок вимірювання електричних параметрів до та після випробувань, що забезпечує відтворюваність і достовірність експериментальних результатів. У розділі 3 «Дослідження стану поверхні паперових основ та якості струмопровідних шарів друкованої електроніки» наведено результати експериментальних досліджень щодо впливу попередньої обробки паперових основ коронним розрядом на морфологічні та фізико-хімічні характеристики їхньої поверхні. Проаналізовано зміну параметрів мікрорельєфу, змочуваності та фрактальної розмірності поверхні матового і глянцевого паперу залежно від режимів обробки. Досліджено взаємозв’язок між характеристиками поверхні паперових основ і електрофізичними показниками струмопровідних доріжок, сформованих трафаретним друком, зокрема питомим опором та стабільністю провідних властивостей. Встановлено закономірності впливу параметрів попередньої обробки на відтворюваність геометричних характеристик друкованих ліній та експлуатаційну стійкість провідних шарів. У розділі 4 «Удосконалений технологічний процес підготовки паперової основи до нанесення електропровідних доріжок трафаретним друком» на основі результатів експериментальних досліджень розроблено та обґрунтовано удосконалений технологічний процес виготовлення елементів друкованої електроніки на паперових основах. Встановлено вплив параметрів попередньої обробки коронним розрядом і після друкарської термічної обробки на морфологічні характеристики поверхні, змочуваність, фрактальну розмірність та електрофізичні показники струмопровідних доріжок. Із використанням методу аналізу ієрархій здійснено багатокритеріальне оцінювання факторів, що визначають якість і стабільність друкованих провідних шарів, та визначено раціональні режими обробки паперової основи. Сформульовано практичні рекомендації щодо вибору типу основи, режимів коронування і термообробки, а також розроблено схему удосконаленого технологічного процесу, придатного для впровадження у виробництво елементів друкованої електроніки. Результати виконання дисертаційної роботи полягають у тому, що: Вперше: - науково обґрунтовано раціональний технологічний процес нанесення елементів друкованої електроніки на паперових основах трафаретним друком на основі аналізу розроблених класифікацій способів нанесення, матеріалів основ, струмопровідних фарб та розробленої ієрархії факторів забезпечення якісних струмопровідних доріжок, нанесених друкарськими методами, що дозволило удосконалити технологічний процес нанесення елементів друкованої електроніки на паперових основах із застосуванням трафаретного друку, де вперше комплексно, як цілісний процес, застосовано цілеспрямовану попередню обробку поверхні паперу коронним розрядом та термічну обробку у кліматичній камері, що забезпечило підвищення адгезійних властивостей та стабільності нанесених провідних шарів. - встановлено взаємозв’язок режимів обробки коронним розрядом паперових основ різного виду, їх друкарсько-технічних властивостей (змочуваності, шорсткості тощо) та показників якості (електропровідність, стабільність питомого опору, цілісність тощо) струмопровідних доріжок на основі графенових фарбових композицій, нанесених трафаретним друком на паперових основах, що разом з обґрунтуванням раціонального режиму обробки, дозволяє забезпечити підвищення стабільності електричних характеристик друкованих провідних шарів. - запропоновано новий підхід до кількісного визначення якості друкованих провідних шарів на паперових основах, який ґрунтується на запропонованому комплексному показнику якості, що формується як результат урахування низки показників якості (електропровідність, стабільність опору тощо) одразу після нанесення, а також після випробувань з імітацією впливу зовнішніх факторів, що забезпечило комплексне багатофакторне оцінювання якості нанесених шарів. - отримано комплекс експериментальних даних щодо зміни властивостей струмопровідних доріжок у результаті імітації зношування, а також встановлено кореляцію між технологічними режимами обробки шарів і зміною показників якості після імітації зношування, що дало змогу обґрунтувати вибір раціональних режимів обробки коронним розрядом, які підвищують комплексний показник якості. - встановлено механізми формування зношеності друкованих струмопровідних шарів та виокремлено види пошкодження виробів з провідними доріжками на паперовій основі, що дозволило удосконалити методику дослідження експлуатаційних властивостей надрукованих провідних доріжок проведенням механічного стирання і термоциклування та дало змогу оцінити стабільність та довговічність сформованих провідних шарів. Вдосконалено: - методологію визначення зносостійкості струмопровідних фарбових шарів, яка ґрунтується на комплексному оцінюванні якості з урахуванням імітації комплексної дії механічних, хімічних і термічних впливів на зміну електричного опору, що дає змогу підвищити точність оцінювання інтенсивності процесів деградації дозволяє встановити взаємозв’язок між мікрогеометрією основи та стабільністю струмопровідних фарбових шарів. Набула подальшого розвитку: - методологія оцінювання стану поверхні паперових основ, яка базується на розрахунку фрактальної розмірності профілю за даними безконтактної профілометрії; це дозволило вперше встановити числовий взаємозв’язок між параметрами обробки коронним розрядом та зміною геометричної складності мікрорельєфу основи. Практичне значення одержаних результатів полягає у вдосконаленні технологічного процесу виготовлення друкованої електроніки на паперових основах, зокрема у впровадженні попередньої обробки коронним розрядом та пост-обробки у кліматичній камері. Це дозволяє знизити опір струмопровідних доріжок, підвищити їхню адгезію та забезпечити стабільність функціонування електронних компонентів під впливом зовнішніх факторів. Розроблено практичні рекомендації щодо промислового застосування паперових основ у виробництві друкованої електроніки, які включають раціональні режими попередньої обробки коронним розрядом та параметри термоциклової пост-обробки.
Опис
Ключові слова
паперові основи, трафаретний друк, електропровідність фарбового шару, термічна обробка, плазмова обробка поверхні, мікрорельєф поверхні, модифікація поверхні коронуванням, топографія поверхні, енергетичні параметри поверхні, струмопровідні пігменти, адгезія, зносостійкість, термічна стабільність, комплексний показник якості, друкована електроніка, paper substrates, screen printing, conductivity of ink layer, thermal treatment, plasma surface treatment, surface microrelief, surface modification by corona discharge, surface topography, surface energy parameters, conductive pigments, adhesion, wear resistance, thermal stability, integrated quality index, printed electronics
Бібліографічний опис
Бардовський, Б. О. Удосконалення технології друкування фарбових струмопровідних шарів : дис. … д-ра філософії : 186 Видавництво та поліграфія / Бардовський Богдан Олександрович. - Київ, 2026. - 222 с.