Väitös kemian alalta, DI Liam Gillan

Väitöskirjan nimi: Printed Electronics: Oxide/Organic Composite Thin-Film Transistors, and Electrochemical Sweat Sensors

Tohtoriopiskelija: DI Liam Gillan
Vastaväittäjä: professori Ronald Österbacka, Åbo Akademi, Suomi
Kustos: professori Antti Karttunen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Elektroniikan valmistuksessa käytetään perinteisesti paljon energiaa vaativia ja ympäristölle haitallisia prosesseja, jotka perustuvat materiaalihäviöitä aiheuttaviin menetelmiin kuten tyhjiökasvatuksen ja etsauksen yhdistelmään. Painomenetelmät tarjoavat näille menetelmille additiivisen vaihtoehdon, jonka avulla elektroniikkaa voidaan valmistaa materiaaleja säästämällä ja ilman tyhjiölaitteistoja. Johtavia, puolijohtavia ja eristäviä materiaaleja voidaan kuvioida painomenetelmiä hyödyntämällä. Sähköisten materiaalien avulla voidaan valmistaa passiivisia rakenteita kuten elektrodeja sähkökemiallisiin antureihin ja aktiivisia komponentteja kuten metallioksideihin perustuvia ohutkalvotransistoreita. Sähköisten komponenttien valmistamiseen pelkästään painotekniikoita hyödyntämällä liittyy kuitenkin haasteita. Esimerkiksi hyvän sähköisen kontaktin saavuttaminen metallioksidipuolijohteen kuten indiumoksidin ja painetun elektrodin välillä on vaikeaa. Toisaalta kertakäyttöisten painettujen komponenttien kuten sähkökemiallisten antureiden kaupallistamiseksi on kehitettävä skaalattavia valmistusmenetelmiä. Tämän lisäksi painettujen materiaalien ominaisuuksien parantaminen avaa mahdollisuuksia tiettyihin sovelluksiin. Esimerkiksi indiumoksidipuolijohteen herkistäminen sinistä valoa pidempiin aallonpituuksiin mahdollistaa sen hyödyntämisen painetuissa valoantureissa. Tässä väitöskirjatyössä esitetään ratkaisuja näihin haasteisiin hyödyntämällä indiumoksidin ja orgaanisten molekyylien komposiitteja, joiden avulla voidaan sekä parantaa varausinjektiota painetun hopeaelektrodin ja indiumoksidipuolijohteen välillä että parantaa indiumoksidin valoherkkyyttä vihreälle valolle. Lisäksi työssä osoitetaan, että skaalattavien rullalta-rullalle silkkipainettujen elektrodien kemiallisen funktionalisoinnin avulla voidaan valmistaa kertakäyttöisiä sähkökemiallisia antureita. Näiden avulla voidaan seurata muun muassa stressitasoa ja urheilusuoritusta mittaamalla kortisolihormonin ja maitohapon pitoisuuksia hiestä. Työssä kehitetyillä painetun elektroniikan massatuotantoon soveltuvilla menetelmillä voidaan tulevaisuudessa valmistaa sekä täysin painettuja optoelektronisia piirejä että pienoiskokoisia antureita fysiologiseen seurantaan.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä) Yhteystiedot:
DI Liam Gillan
[email protected] 

Kemian tekniikan korkeakoulun väitöskirjatZoom-pikaopas