2019 Fiscal Year Research-status Report
Fracturable films of semidried molecules and colloids for printed electronics
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19K05134
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
日下 靖之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00738057)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石神 徹 広島大学, 工学研究科, 准教授 (70595850)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 微差印刷 / パターニング / コロイド / 破壊 / レオロジー / 付着 / 離散要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はナノ粒子インクの微細印刷プロセスのパターニングメカニズムに関する研究を行った。ここでいう微細印刷プロセスとは、反転オフセット印刷や付着力コントラスト印刷など、シリコーンゴム上でナノ粒子分散インクを一定程度乾燥し、固体化させた後、この半固体膜を付着転写によって破断することでパターニングする方法をいう。まず不揮発性・非吸収性溶媒の添加量を変えることにより乾燥状態の異なる粒子膜を作製し、そのレオロジーとパターニング性の対応関係を調査した。その結果、乾燥状態の異なるインク膜は濃厚系コロイド分散液のレオロジー理論で定性的に説明できること、貯蔵弾性率が支配的な条件下で良好なパターンが得られること、乾燥過多になると表面付着性が低下して転写不良になることが明らかになった。また低速で印刷した場合、完全転写ができないフィンガリング不安定な領域が周期的に発生し、これが局所的なインク膜剥離速度の分布に起因していることが明らかになった。さらに最適レオロジー範囲に近しい材料としてパラフィン系のオリゴマーインクを設計し、やはり良好にパターニングできることを確認した。
粒子間相互作用をJKR理論で近似し、粒子層の破壊応力をランプの式で表し、グリフィスの破壊理論を用いることでパターニングの成否を決定づける無次元数を導いた。さらに本理論モデルの検証として、離散要素法による付着力コントラスト印刷のシミュレーションを行い、理論の妥当性を確認した。本理論・シミュレーションはいくつか粗い仮定を含むものの、印刷結果を定性的に説明できることも確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、粒子間相互作用を出発点として、ランプの式による連続体近似を経てインク膜の破壊パターニングを説明する理論モデルを構築し、その検証まで終えることができたので、概ね順調に進展しているといえる。ただし本理論では溶媒の影響を無視したJKRモデルや弾性限界以下での破壊といった粗い仮定を含むため、精緻化の余地は残っているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
半乾燥コロイド薄膜が破壊に至るまでに生じる塑性変形や溶媒粘度の影響などを調査し、パターニング品質への影響を調べるとともにそのモデル化を進める。また硝酸塩やアセチルアセトネート錯体のような低分子性インクの半乾燥薄膜に対してモデルを拡張することにより、固体性状を呈するような濃厚分子・粒子薄膜の破壊特性を統一的に説明可能な枠組みを提示することを目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度は理論的研究および数値シミュレーションを中心に研究を進めたため、当初予定よりも物品費と人件費の支出が少なく次年度使用額が生じた。また所属組織の展示会(テクノブリッジ)への出展を優先しなければならず、当初予定していた国際学会を見送ったため旅費の支出が少なくなった。翌年度に薄膜破壊評価装置を用いた実験を予定しており、その試作費用として使用することを計画している。
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