Elaboration of a process to classify the quality of thermally sintered nanoparticles

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von generativ, mittels Tintenstrahl-drucker gefertigten Leiterbahnen. Im Anschluss werden diese einer thermischen Sinterung unterzogen, um die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen. Mit Hilfe diverser Analysemethoden - Lichtmikroskop, Profilometer zur Messung der Schichtdicke, Messung des elektrischen Widerstandes, Atomic Force Microscope (AFM) und der Messung der Oberflächenrauheit - werden die Veränderungen der Proben vor und nach der Sinterung ermittelt und anschließend diskutiert. Der erste Abschnitt dieser Arbeit beginnt mit einer Einführung in der die Ausgangslage, der Stand der Technik, die Forschungsfragen und die Anforderungen dargelegt werden. Des Weiteren wird der Kontext der Arbeit, der Neuigkeitswert und die Bedeutung, die Ergebnisse und die Rahmenbedingungen genannt. Der folgende Abschnitt behandelt sämtliche theoretische Grundlagen, die für das Verständnis der Arbeit erforderlich sind. Dazu zählen die Verfahren zum digitalen Druck von Leiterbahnen, die thermische Sinterung der Leiterbahnen zur Erreichung einer definierten elektrischen Leitfähigkeit, die Funktionsweise eines Atomic Force Microscopes, die Vier-Punkt Widerstandsmessung und abschließend die Methodik zur Messung der Schichtdicke der gedruckten Proben. Im nächsten Hauptkapitel werden die verwendenden (Mess-) Geräte und Tintenwerkstoffe vorgestellt. Dabei liegt bei den Messinstrumenten der Fokus vor allem auf einer Thematisierung der jeweiligen Bedienung bzw. Messdatenauswertung. Danach folgt die Dokumentation der Versuchsdurchführung. Dabei wird zu Beginn eine Übersicht der durchgeführten Analysemethoden je Probe gezeigt. Im Anschluss daran werden sämtliche durchgeführte Untersuchungen dargelegt und die Messergebnisse detailliert beschrieben. Abschließend werden die Messergebnisse aus den Bereichen Flächenrauheit, Widerstandsmessung und den Untersuchungen mittels des AFM diskutiert und die dadurch gewonnen Erkenntnisse dargelegt. Es stellt sich heraus, dass die Flächenrauheit mit steigender Sintertemperatur deutlich stärker schwankt, woraus sich ableiten lässt, dass die Oberfläche einer physikalischen Veränderung, hervorgerufen durch die Sinterung, unterworfen ist. Als zentrale Erkenntnis zeigt sich, dass der elektrische Widerstand mit steigender Sintertemperatur deutlich abnimmt. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einem Ausblick und Möglichkeiten zur Erweiterung dieser Abschlussarbeit. Die Masterarbeit wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes („Digitalisierung durch gedruckte Elektronik“), welches durch die MA23 gefördert wird, durchgeführt. This work deals with the investigation of generative, inkjet-printed conductor paths. These are then thermally sintered to produce the desired electrical conductivity. Using various analysis methods - optical microscope, profilometer for measuring the layer thickness, measurement of electrical resistance, atomic force microscope (AFM) and measurement of surface roughness - the changes in the samples before and after sintering are determined and then discussed. In the first section, this thesis provides an introduction, in which the initial situation, the state of the art, the research questions and the requirements, are stated. Furthermore, the context of the work, the newness value and the importance, the results and the framework conditions, are mentioned. The following section covers all theoretical basics necessary for understanding the work. This includes the procedures for digital printing of conductive tracks, thermal sintering of the conductive tracks - to achieve a defined electrical conductivity, the operation of an Atomic Force Microscope, the four-point resistance measurement and finally the methodology for measuring the layer thickness of the printed samples. In the next main chapter, the (measuring) devices and ink materials used are presented. In the case of the measuring instruments, the focus is primarily on discussing their operation and the evaluation of measurement data. This is followed by the documentation of the test procedure. At the beginning, an overview of the analysis methods carried out is shown for each sample. Subsequently, all the tests performed are presented and the measurement results are described in detail. Finally, the results of the surface roughness measurements, the resistivity measurements and the AFM investigations are discussed, and the findings are presented. It turns out that the surface roughness fluctuates significantly more with increasing sintering temperature, from which it can be concluded that the surface is undergoing a physical modification due to the sintering process. The main result is that the electrical resistance decreases significantly with increasing sintering temperature. The work is concluded with an outlook and possibilities for extending this master thesis. The master thesis was carried out as part of a research project ("Digitization through Printed Electronics") funded by MA23. Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2022