Plasma treatment of electrodes
Case Study: University of West Bohemia

Plasmabehandlung von Elektroden

für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen

Jiri Navratil – F&E-Ingenieur für Aerosol Jet Printing an der University of West Bohemia in Pilsen berichtet über seine Erfahrungen mit den verschiedenen Plasmasystemen von relyon plasma für die Plasmabehandlung von Elektroden für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen.

An der University of West Bohemia ist das Plasmasystem plasmabrush® PB3 in das Aerosol Jet Druck System integriert. Dieses plasmabrush® PB3 Hochleistungssystem ist für eine sehr schnelle Behandlung größerer Flächen geeignet – in diesem Fall meist PET, Polyimid oder andere Dünnschichtsubstrate. Allerdings arbeitet die University of West Bohemia auch mit intelligenten Textilien oder kleinflächigen fragilen Substraten. Etwa Glas-, Keramik- oder Siliziumproben können durch das plasmabrush® PB3-System ohne entsprechende Fixierung leicht weggeblasen werden. Daher kommt das kleinere piezobrush® PZ2-System als handliches Werkzeug für das Labor immer dann zum Einsatz, wenn nur wenige Sekunden Plasmabehandlung vor der Abscheidung von flüssigem Material erforderlich sind. Der piezobrush® PZ2 ist ein Plug-and-Play-System, das in Sekundenschnelle einsatzbereit ist. Es erfordert keine spezielle Substratfixierung, da der Gasfluss viel geringer ist als beim plasmabrush® PB3 Gerät.

Letztes Jahr haben wir außerdem den piezobrush® PZ3 zum Testen bekommen und festgestellt, dass das Informationsdisplay und vor allem der eingebaute Timer uns sehr helfen, eine korrekte und homogene Behandlung für jedes Substrat zu erreichen.Jiri Navratil - F&E-Ingenieur für Aerosol Jet Printing an der University of West Bohemia
piezobrush® PZ3 vs. piezobrush® PZ2
piezobrush® PZ3 vs. piezobrush® PZ2
Countdownfunktion piezobrush® PZ3
Countdownfunktion piezobrush® PZ3
Modul Nearfield piezobrush® PZ3
Modul Nearfield piezobrush® PZ3

Kohlenstoff-Allotrope mit rationalisierten Nano-Grenzflächen und Nanolinks für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen

Die in dieser Fallstudie vorgestellten Anwendungen sind dabei Teil des Projekts namens CARAT. Diese Abkürzung steht für “Kohlenstoff-Allotrope mit funktionellen Nano-Grenzflächen und Nanolinks für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen”. Im ersten Anwendungsfall werden die Substrate auf unterschiedliche Arten, z.B. mit Plasma behandelt, um den geringsten Kontaktwiderstand zwischen mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren und Gold- oder Kupferelektroden auf Siliziumsubstraten zu erreichen. Dabei werden die Kohlenstoff-Nanoröhren mit dem Aerosol Jet System auf das Substrat gedruckt. Durch die Plasmabehandlung wird die Oberflächenenergie erhöht und somti das Druckergebnis verbessert.

Plasmabehandlung von Elektroden: Gold- und Kupferelektrodensystem zur Kontaktwiderstandsmessung auf Siliziumsubstrat.
Gold- und Kupferelektrodensystem zur Kontaktwiderstandsmessung auf Siliziumsubstraten.
Plasmabehandlung von Elektroden
Plasmabehandlung des Substrates
Glassubstrat mit goldenen Elektroden für OECT-Transistor.
Glassubstrat mit goldenen Elektroden für OECT-Transistor.

Der andere Anwendungsfall liegt im Bereich der Entwicklung von organischen elektrochemischen Transistoren (OECT). Dabei muss ein PEDOT (organisches leitfähiges Polymer) Kanal mit einer Breite von 200 µm und in möglichst geringer und homogener Dicke gedruckt werden. Auch dies kann mit der Plasmavorbehandlung erreicht werden, die die Oberflächenenergie der Substrate verbessert.      

Plasmabehandlung von Elektroden OECT
Plasmabehandlung von OECT-Elektroden
Aerosol Jet printed PEDOT channel in width of 200 µm on treated substrate.
Aerosol Jet gedruckter PEDOT-Kanal mit einer Breite von 200 µm auf einem plasmabehandelten Substrat

Nach dem PEDOT-Kanaldruck wird das Reservoir durch den Auftrag von dielektrischem Material hergestellt. Dies ist notwendig für die ionische Flüssigkeit, die im nächsten Schritt in das Reservoir dispensiert wird. Auch dabei hilft die Plasmavorbehandlung, die Haftung und den Benetzungswinkel des verwendeten Dielektrikums und der ionischen Flüssigkeit zu verbessern.

Vom Dispenser bedrucktes Reservoir auf OECT vor der Abscheidung der ionischen Flüssigkeit
Vom Dispenser bedrucktes Reservoir auf OECT vor der Abscheidung der ionischen Flüssigkeit
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