Hochgeschwindigkeits-Laserfunktionalisierung gedruckter, nanopartikulärer Schichten am Beispiel von Indium-Zinn-Oxid

Das in dieser Arbeit betrachtete Verfahren ist additiver Natur, d. h. dass nur die benötigte Schichtstruktur in Umgebungsatmosphäre aufgebracht wird, was Indium, Strom und Chemikalien spart. Der Verfahrensansatz ist somit ressourcen-, energie- und umweltschonend. Grundsätzlich besteht dieser Herstellungsprozess von nanopartikulären Schichten beliebigen Materials aus drei Teilschritten. 1. Im ersten Schritt wird aus Nanopartikeln und liquiden Additiven eine Dispersion hergestellt, in der die zu applizierenden Nanopartikel fein verteilt sind. 2. Diese Dispersion wird im zweiten Schritt auf das gewünschte Substrat aufgebracht. Dies kann mit unterschiedlichen Verfahren wie Dip- Coating, Spin-Coating oder Tintenstrahldruck (Ink-Jet) realisiert werden, wobei in dieser Arbeit der Tintenstrahldruck als Auftragsverfahren benutzt wird. Dabei handelt es sich um eine vielfach eingesetzte kostengünstige Alternative, die eine gezielte, strukturierte Deposition des nanopartikulären Materials ermöglicht. Weiterhin kommt dieses Verfahren ohne aufwendige Vakuum-Technologie aus, wodurch es leicht in Inline-Fertigungsanlagen integriert werden kann. 3. Im dritten Schritt des Herstellungsprozesses müssen die nanopartikulären Schichten thermisch nachbehandelt werden. Dabei werden Reste des Dispersionsmittels aus der Schicht entfernt (Trocknung) und die gewünschten Funktionalitäten (z. B. Leitfähigkeit, Kratzfestigkeit/Verschleißschutz etc.) während der Funktionalisierung (z. B. Temperung) erzielt. Konventionell geschieht dies in einem Ofenprozess von mehreren Minuten bis Stunden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass dieser Ofenprozess bei gedruckten ITO- Schichten durch einen Lasernachbehandlungsprozess substituiert werden kann, der ebenfalls zu einer Funktionalisierung der Schichten führt. Dabei sollen die durch die Laserstrahlung zu realisierenden kurzen Wechselwirkungszeiten eine substratschonende Funktionalisierung der ITO-Schicht in Sekunden ermöglichen. Temperaturempfindliche Substratmaterialien wie z. B. Polymerfolien, die zuvor nicht im angesprochenen Ofenprozess nachbehandelt werden konnten, da ihre Zerstörungstemperaturen weit unterhalb der Funktionalisierungstemperatur der nanopartikulären ITO-Schicht liegen, sollen nun durch das Tintenstrahldruck- und Laserverfahren in Umgebungsatmosphäre erschlossen werden.