Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại và ứng dụng trong công nghệ in các mạch điện tử NCS. Đặng Thị Mỹ Dung

MỞ ĐẦU
A Lý do chọn đề tài.
Thời gian gần đây, do một số đặc điểm nổi trội so với công nghệ
planar, một số cơ sở nghiên cứu khoa học trên thế giới đã bắt đầu triển
khai các nghiên cứu phát triển công nghệ in phun nhằm chế tạo vi
mạch điện tử. Ưu điểm nổi bật của công nghệ in phun là không cần
dùng mặt nạ “mask” (tiết kiệm vì mask rất đắt tiền), một máy tính sẽ
điểu khiển in từng chấm một dựa trên hình ảnh đã thiết kế. Quy trình
đơn giản hơn, sử dụng rất ít nguyên vật liệu, hóa chất (chỉ vào khoảng
10-20% so với phương pháp quang khắc) nên giá thành chế tạo linh
kiện có thể giảm đáng kể. Theo tính toán sơ bộ của chúng tôi, phương
pháp in phun giúp giảm khoảng 50% giá thành chế tạo vi linh kiện so
với các sản phẩm được sản xuất theo phương pháp truyền thống
(quang khắc) có mặt trên thị trường. Đây là lý do quan trọng giúp cho
công nghệ in phun có thể ứng dụng trong phòng thí nghiệm để in
màng mỏng lên các loại đế khác nhau, đặc biệt là đế nhựa hay đế giấy
thì khó có thể thực hiện bằng các phương pháp khác.
Mực in phun là vấn đề cốt yếu khi chúng ta sử dụng công nghệ in
phun. Các nghiên cứu đã nhận định rằng hầu hết các hạn chế và lỗi
sản phẩm đều liên quan đến dung dịch mực in phun. Mực in phải đáp
ứng các điều kiện phù hợp trong cả hệ thống in phun, bao gồm những
vấn đề như: thấm ướt bên trong đầu in, độ nhớt thường giới hạn trong
phạm vi từ 8 đến 20 cP, áp suất hơi thấp, sức căng bề mặt phù hợp với
từng đầu in khác nhau và các yêu cầu khác nhau. Trong thực tế, bản
chất mực in phun là chất mang các phân tử hoặc đám phân tử để tạo
các chức năng cần có của lớp in. Chúng ta có thể thấy rõ mực in trong
đồ họa mang chất màu với chất bảo vệ chống lại ánh sáng hay những
phân tử đặc biệt giúp kiểm soát sự lan truyền của mực in trên bề mặt.
Đối với các loại mực in dẫn điện thích hợp cho việc chế tạo các mạch
vi cơ điện tử thì các hạt nano kim loại được mang bởi mực in phun và
tạo thành lớp cuối cùng cần đặc khít lại sau khi dung môi bay hơi. Lớp

này sẽ cần phải trải qua một quá trình nung kết khối để được hợp nhất
1
thành một màng liên tục. Để đạt được điều này, các phân tử hữu cơ
được thêm vào mực in để ổn định các hạt nano kim loại trong dung
dịch mực in không được hình thành một lớp quá bền vững, để có thể
loại bỏ các phân tử hữu cơ trong lúc sấy khô ở nhiệt độ thấp. Sau khi
in, lớp màng in cần được xử lý nhiệt, điều này là cần thiết để các hạt
nano dẫn điện liên kết với nhau tạo thành lớp màng đồng nhất. Vì vậy,
hình thành được công thức mực in phun là chìa khóa để chế tạo thành
công các màng dẫn điện bằng phương pháp in phun. Vì vậy với mục
đích là phát triển công nghệ in phun nhằm chế tạo vi mạch điện tử ở
Việt Nam, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là: ‘Nghiên cứu chế tạo
mực in nano kim loại và ứng dụng trong công nghệ in các mạch
điện tử’ cho Luận án này.
B Mục tiêu của Luận án
Mục tiêu chính của Luận án là nghiên cứu chế tạo mực in nano kim
loại và ứng dụng trong công nghệ in các mạch in điện tử bằng công
nghệ in phun. Để thực hiện được mục tiêu chính, 3 mục tiêu cụ thể
cần thực hiện là:
- Nghiên cứu giải quyết các vấn đề công nghệ phát sinh và làm
chủ các thông số công nghệ in phun để có thể in được các
điểm, đường và màng mỏng dẫn điện.
- Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại bạc (Ag) và đồng (Cu).
- Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại bạc và đồng từ hạt
nano kim loại bạc và đồng được chế tạo trong Luận án. So
sánh mực in nano kim loại chế tạo trong Luận án này với mực
in kim loại thương mại.
Để có thể chế tạo và ứng dụng mực in nano kim loại cho việc chế tạo
các mạch điện tử bằng công nghệ in phun, cần phải tìm hiểu và làm
chủ được các thông số của công nghệ in phun. Vì vậy nội dung quan

trọng đầu tiên là giải quyết các vấn đề công nghệ phát sinh và làm chủ
các thông số của công nghệ in phun để có thể in được các điểm,
đường và màng mỏng dẫn điện. Khảo sát cơ bản các đặc trưng của
2
máy in phun sử dụng mực in nano kim loại thương mại, sự tương tác
của mực in trên đế, và các thông số ảnh hưởng đến quá trình in phun.
Hơn nữa, để chế tạo được mực in nano kim loại, việc nghiên cứu chế
tạo hạt nano kim loại là nội dung quan trọng tiếp theo được thực hiện
trong Luận án này, sau đó tiến hành nghiên cứu các thành phần cho
công thức mực in nano kim loại. Nghiên cứu ứng dụng sẽ tập trung
vào khâu chế tạo các vi mạch điện tử bằng công nghệ in phun.
C Cấu trúc của Luận án
Luận án gồm 158 trang được trình bày như sau: Mở đầu (4 trang),
Chương 1: Tổng quan (25 trang), Chương 2: Phương pháp thực
nghiệm (22 trang), Chương 3: Kết quả và thảo luận (101 trang) và Kết
luận và định hướng nghiên cứu tiếp theo (6 trang). Luận án có 29
bảng, 115 hình và 115 tài liệu tham khảo
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về hạt nano kim loại
Đối với mực in hạt nano kim loại, mực in phải dẫn điện sau khi in,
tính chất mực in, khả năng phun mực, sự tương tác giữa bề mặt đế và
mực in, và khả năng của máy in phun là phải đồng bộ. Để có thể xây
dựng được công thức mực in đạt các yêu cầu này, đầu tiên dung dịch
hạt nano kim loại phải đạt có tính chất sau:
- Nồng độ hạt nano kim loại trong dung dịch phải cao khoảng 10-
15% theo khối lượng (wt%), để đảm bảo tính dẫn điện của mực
in phun.
- Hạt nano kim loại có kích thước hạt nhỏ, để giảm nhiệt độ xử lý
sau khi in vì vậy có thể in trên các loại đế khác nhau.
- Hạt nano kim loại không bị kết tụ trong dung dịch, để tránh làm

tắt vòi phun mực trong khi in phun.
- Quy trình chế tạo hạt nano kim loại đơn giản, nhanh chóng và
không sử dụng dung môi độc hại, để có thể sản xuất được với số
lượng lớn.
3
1.3. Tổng quan về mực in phun
Mực in phun dẫn điện có thể sử dụng để chế tạo các cấu trúc trên
nhiều loại đế khác nhau cho các ứng dụng điện tử. Các cấu trúc này có
kích thước từ mili mét, đến micro mét và thậm chí có kích thước siêu
nhỏ. Nó thay thế các phương pháp chế tạo các cấu trúc dẫn điện
truyền thống sử dụng nguyên vật liệu đắt tiền và thải ra đáng kể các
chất ô nhiễm hóa học. Ngoài ra, các phương pháp lắng đọng thông
thường phải thông qua nhiều bước khác nhau. Nhu cầu của thị trường
đòi hỏi các linh kiện điện tử có chất lượng cao, chi phí thấp vì vậy đòi
hỏi kỹ thuật chế tạo sáng tạo, nhanh hơn và rẻ hơn so với phương
pháp sản xuất truyền thống. In phun là một phương pháp mà cung cấp
sự linh hoạt và thuận lợi về chi phí, đặc biệt cho quá trình sản xuất các
cấu trúc có kích thước nhỏ.
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.3. Quy trình thực nghiệm
2.3.2. Quy trình chế tạo dung dịch hạt nano bạc
Trong Luận án này chúng tôi chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp
hóa khử theo 4 quy trình khác nhau để tìm được quy trình phù hợp cho
ứng dụng chế tạo mực in nano bạc:
- Quy trình chế tạo hạt nano bạc có kích thước hạt nhỏ với dung
môi nước, chất khử là NaBH
4
và trisodium citrate (TSC) bằng
phương pháp hóa học sử dụng khuấy từ.
- Quy trình chế tạo hạt nano bạc có kích thước hạt nhỏ với

Ethanol vừa là dung môi vừa là chất khử bằng phương pháp
hóa học sử dụng thanh rung siêu âm.
- Quy trình chế tạo hạt nano bạc có kích thước hạt nhỏ với
Ethylen glycol (EG) vừa là dung môi vừa là chất khử bằng
phương pháp hóa học sử dụng thanh rung siêu âm.
- Quy trình chế tạo tấm nano bạc (Ag nanoplates).
4
Hình 2.4
2.3.4. Quy trình chế tạo mực in hạt nano kim loại.
Từ các quy trình chế tạo hạt nano kim loại phía trên chúng tôi thu
được dung dịch keo kim loại để chế tạo mực in nano kim loại. Quy
trình chế tạo mực in nano kim loại bao gồm 5 bước sau:
- Ly tâm dung dịch nano bạc và đồng để thu bột nano kim loại.
- Sau khi ly tâm loại bỏ dung môi trong dung dịch nano kim loại ,
chúng tôi rửa lượng PVP còn dư bám trên hạt nano kim loại.
- Phân tán lại hạt nano kim loại trong dung môi thích hợp để thu
mực in nano kim loại
- Đo đạc tính chất của mực in
- Đánh giá mực in chế tạo được bằng thiết bị in phun Dimatix
Printer.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu và giải quyết các vấn đề công nghệ phát sinh và
làm chủ các thông số của công nghệ in phun
1 Đánh giá các tính chất và khả năng phun mực của 3 loại
mực in dẫn điện thương mại
Để đạt được các ứng dụng in phun cụ thể, tính chất một hệ thống in
phun bao gồm: công nghệ in phun, mực in, đầu in và đế in phải được
khảo sát đầu tiên. Đối với từng loại ứng dụng khác nhau, các yêu cầu
khác nhau cần được thiết lập. Để có thể chế tạo mực in nano kim loại
phù hợp cho một thiết bị in phun cụ thể thì cần phải nghiên cứu để

5
hiểu được các thông số của kỹ thuật in phun và các vấn đề về công
nghệ in phun. Vì vậy nội dung quan trọng đầu tiên mà chúng tôi tập
trung là giải quyết các vấn đề công nghệ phát sinh và làm chủ các
thông số của công nghệ in phun để có thể in được các điểm, đường và
màng mỏng dẫn điện.
Ba loại mực in dẫn điện khác nhau được khảo sát trong Luận án này là
mực in nano bạc có lẫn đồng IJ242-54 từ hãng Cima Nanotech, mực
in nano bạc U5603 từ hãng Sunjet, mực in nano bạc MetalonTM JS-
015 từ hãng NovaCentrix. Tuy nhiên, sau khi kiểm tra khả năng phun
mực của 3 loại mực in thương mại này thì chỉ có mực in nano bạc
U5603 từ hãng Sunjet có thể phun tốt trong khi hai mực in còn lại
không phun được từ vòi phun của máy in phun chuyên dụng Dimatix
printer. Vì vậy mực in Sunjet được sử dụng để tiếp tục nghiên cứu
trong Luận án này.
3.1.2. Khảo sát các thông số phù hợp của kỹ thuật in phun khi sử
dụng 3 loại mực in dẫn điện thương mại.
 ! 
Có thể thấy rõ ràng trên hình 3.8 rằng có các vòi không phun mực
được hoặc các vòi phun mực không ổn định, không thẳng hàng.
Chúng tôi đã mất nhiều thời gian nghiên cứu vấn đề này, vì nó là
chướng ngại phải vượt qua thì mới có thể khống chế cơ bản được quá
trình phun. Cuối cùng chúng tôi cũng đã tìm ra nguyên nhân của vấn
đề này là do các bong bóng khí trong mực in. Khi có bong bóng khí bị
tắc, áp suất tạo ra bởi tấm áp điện tại thượng nguồn chỉ có thể nén
bong bóng lại và không truyền được năng lượng nào cho mực in (do
hệ số nén khác nhau lớn giữa khí và lỏng). Khi đó đầu phun không
phun được mực như hình 3.8.
6
(a)

(b)
Hình 3.8."# ! $%&'()*+ ,
()*-#
Trong Luận án này chúng tôi tập trung vào phương pháp khử bong
bóng khí bằng màng lọc khí. Hình 3.9 là hệ thống lọc bong bóng khí
bằng màng lọc khí được thiết lập trong Luận án này. Hình 3.10 là
hình ảnh giọt mực in phun ra tốt sau khi lọc bong bóng khí từ mực in
Sunjet.
Hình 3.9./-0
12-0345
6-7"78
Hình 3.10..0 
/9-01
: $%&
2 Kết quả chế tạo hạt nano bạc
7
3.2.2. Chế tạo hạt nano bạc với nồng độ cao khi sử dụng dung môi
EG như chất khử.
Phổ UV-Vis của được dung dịch hạt nano Ag có tỷ lệ phần trăm theo
khối lượng trong dung dịch là 10% và 15% thể hiện trong hình 3.40.
Hình 3.40.;<=>?>9!@@AB8C-
D&/-45!E@@A8
Dung dịch nano bạc được đặc trưng bởi đỉnh hấp thụ ở bước sóng
trong khoảng 408-410 nm tùy thuộc vào kích thước hạt nano. Khi
nồng độ hạt nano bạc trong dung dịch tăng màu sắc của dung dịch
thay đổi từ vàng sang màu vàng đậm, đỏ đồng thời phổ hấp thụ sẽ
dịch chuyển về phía có bước sóng lớn hơn.
F
G
8

H
G
Hình 3.42IJKL!@@AB8C-D
E@@A8
Hình 3.42 là ảnh TEM của mẫu với tỷ lệ phần trăm của hạt nano bạc
trong dung dịch 10 wt% và 15 wt%. Với mẫu tỷ lệ phần trăm hạt nano
Ag trong dung dịch là 15 wt% có kích thước hạt phân bố hẹp trong
khoảng 3 - 10 nm.Trong quy trình ly tâm thu hạt nano Ag chúng tôi
nhận thấy ở tỷ lệ 15 wt% khó loại bỏ hết PVP trong dung dịch. MN
O+0P3Q@@A-FRG3S-T
Q,U@V6 D6
&
$ <3A!@@A&W
Sự ổn định của dung dịch nano bạc được theo dõi qua sự thay đổi của
đỉnh hấp thụ cộng hưởng plasmon và màu sắc của dung dịch theo thời
gian khi lưu trữ mẫu trong môi trường không khí. Quang phổ hấp thụ
được đo sau khi mẫu vừa chế tạo, sau khi chế tạo 1 ngày, 5 ngày, 10
ngày, 15 ngày, 3 tháng và 5 tháng (Hình 3.43). Sự ổn định của dung
dịch hạt nano bạc dựa trên sự thay đổi đỉnh hấp thụ ở 410, 408, 414,
409, 410, 410 và 414 nm tương ứng với thời gian lưu trữ là vừa chế
tạo, sau khi chế tạo 1 ngày, 5 ngày, 10 ngày, 15 ngày, 3 tháng và 5
tháng. Những kết quả chỉ có dịch chuyển nhỏ ở đỉnh phổ hấp thụ cho
thấy rằng các hạt nano bạc là ổn định theo thời gian. Quan sát màu sắc
và phổ UV-vis chúng tôi nhận thấy dung dịch không có sự thay đổi
sau 5 tháng.
9

Hình 3.43;<=>?>9!@@A&W,
P3Q;>;-F,FFLL9X!@@A9
69H8

3.4. Xây dựng công thức mực in hạt nano bạc
3.4.3.
Xây dựng công thức mực in nano bạc
Công thức mực in đầu tiên cho quy trình chế tạo mực in, chúng tôi sử
dụng các dung môi chính của mực in Sunjet được cung cấp từ hãng
sản xuất. Bốn thành phần chính được sử dụng là: Ethanol, Ethylene
glycol, glycerine và 2-isopropyxyethanol. Một loạt các mẫu nghiên
cứu được thực hiện như trong bảng 3.19. Tất cả các mẫu thí nghiệm
với nồng độ phần trăm theo khối lượng của hạt nano bạc trong dung
dịch là 20 wt% (Đây cũng là nồng độ của hạt nano bạc trong mực in
Sunjet, vì vậy chúng tôi chỉ sử dụng một nồng độ cho hạt nano bạc là
20 wt% để dễ dàng so sánh với mực in Sunjet có trên thị trường).
Qua các công thức mực in hạt nano bạc phía trên ta thấy ra công thức
I5 với độ nhớt là 11,2 cP và sức căng bề mặt là 29,5 mN.m là phù hợp
với yêu cầu của mực in phun dùng cho máy in phun Dimatix. Vì vậy
chúng tôi chọn công thức mực in I5 để tiếp tục nghiên cứu các tính
chất của nó.
Bảng 3.198+U 
10
Mẫ
u
Etha
nol
(%)
Ethylen
glycol
(%)
Glyc
erin
(%)

2-
isopropoxyet
hanol (%)
Độ
nhớt
(cP)
Sức căng
bề mặt
(mN/m)
I1 40 24,0 11,2 4,8 7,00 26,86
I2 24 40,0 11,2 4,8 22,02 29,59
I3 28,8 35,2 4,8 11,2 18,46 30,15
I4 35,2 28,8 4,8 11,2 12,56 29,87
I5 32 32,0 4,8 11,2 11,20 29,50
I6 24 40,0 8,0 8,0 26,27 31,36
3.4.3.1. ;<=>?9
Hình 3.66 là phổ UV-VIS của công thức mực in I5. Đỉnh cộng hưởng
plasmon của loại mực là 407 nm phù hợp với đỉnh Plasmon của hạt
nano Ag.
Hình 3.66.;<=>?>Y$!+U YH
Kết quả từ phổ UV-Vis cho thấy rằng việc tồn tại đỉnh cộng hưởng
plasmon của loại mực in này là bằng chứng cho thấy không tồn tại sự
oxi hóa hoặc tương tác mạnh ở bề mặt của hạt nano. Các kết quả này
cho thấy các hạt nano bạc có dạng hình cầu và kích thước rất nhỏ.
Điều này được minh chứng rõ ràng qua các ảnh chụp trên kính hiển vi
điện tử truyền qua (TEM) dưới đây.
11
3.4.3.2. Z6[JKL
Hình 3.67IJKLT/4B+U YH
Hình 3.67 là ảnh TEM của công thức mực in I5. Kết quả cho thấy rõ

rằng mực in I5 có kích thước hạt nhỏ và phân bố kích thước hạt hẹp,
kích thước trung bình khoảng 3 nm. Đặc tính này có thể rất có ích
trong việc hạ thấp nhiệt độ xử lý: các hạt nhỏ hơn sẽ nóng chảy trước
và có thể kết dính các hạt lớn hơn với nhau, giúp hình thành một chi
tiết hoặc màng dẫn điện ở nhiệt độ thấp.
3.4.6. In thử nghiệm mực in nano bạc chế tạo được.
Hình 3.70 cho thấy mực in không bám dính trên bề mặt PET, nên
mực in sau khi rơi xuống đế, mực không tạo thành đường mà co cụm
lại thành các điểm. Mực in trên bề mặt thủy tinh bám dính tốt hơn trên
đế PET, tuy nhiên mực in vẫn co cụm lại một số vị trí nên cũng không
tạo nên một đường in. Mực in tạo thành một đường thẳng trên đế Si,
chứng tỏ mực in bám dính tốt trên đế Si.
12
Đế
Đế Si
Đế thủy
Hình 3.70.!34WN-3689
9+\FF


Đế PET và thủy tinh là 2 loại đế đáng được quan tâm, bởi vì chúng là
đế rẻ tiền và thông dụng, có thể sử dụng trong mạch in điện tử. Vì vậy
nghiên cứu tiếp theo là cải thiện khả năng bám dính của mực in trên 2
loại đế này.
3.4.7. Cải thiện công thức mực in hạt nano bạc.
Công thức mực in ở trên sử dụng ethanol là dung môi chính, vì vậy có
thể đoán do ethanol có tốc độ bay hơi nhanh nên mực in chưa kịp bám
dính trên đế thì dung môi đã bay hơi. Hơn thế nữa, cũng do ethanol
bay hơi nhanh nên các vòi phun bị khô nhanh trong khi in, làm cho
mực in không thể phun qua vòi phun sau một ngày sử dụng. Nước là

dung môi được quan tâm nhiều nhất vì nó là dung môi dễ dàng có
được và rẻ nhất. Tất cả các loại mực in tiêu chuẩn đều sử dụng dung
môi nước. Hơn thế nữa có tốc độ bay hơi của nước là rất chậm. Một
số công thức mực in hạt nano bạc được thực hiện như trong bảng
3.20, với nước là dung môi chính, trong khi ethanol là đồng dung môi.
Để tránh vòi phun bị khô sau một ngày sử dụng nồng độ chất giữ ẩm
là glycerine được tăng lên.
Bảng 3.20LQ9/+U 
Mẫu H
2
O
(wt%)
Ethanol
(wt%)
Ethylen
glycol
(wt%)
Glycer
in (wt
%)
2-
isopropoxyet
hanol (wt%)
Ethyl
acetate
(wt%)
I7 19 38 2 19 2
I8 38 19 2 19 2
I9 50 9 2 17 2
I10 31 15 1,5 15 1,5 16

13
So sánh kết quả sức căng bề mặt của 3 công thức I8 và I9, ta thấy
công thức I9 với nồng độ của nước là 50 wt% nên sức căng bề là rất
cao 59 mN/m, vì vậy công thức này không phù hợp cho máy in phun,
mực in không thể phun ra từ vòi phun nếu sức căng bề mặt quá cao.
Vì vậy chúng tôi chỉ tiến hành in thử nghiệm công thức mực in I7 và
I8 trên 3 loại đế : PET, thủy tinh và Si để khảo sát độ bám dính cửa
mực in trên 3 loại đế này. Hình 3.71 là hình ảnh đường in của công
thức mực in I7 và I8 trên 3 loại đế khác nhau.
I7
I8
Đế PET Đế thủy tinh Đế Si
Hình 3.71.!34WN-3689
9+\FF


Từ kết quả trên ta thấy rằng công thức mực in I8 có thể bám dính tốt
trên cả 3 loại đế, tuy nhiên sau khi chúng tôi nung các mẫu này ở
200
o
C các đường in bị co lại như trong hình 3.72 phía dưới. Để cải
thiện vấn đề mực in bị co lại chúng tôi thêm ethyl acetate vào dung
dịch mực như công thức mực in I10 (Hình 3.72). Ethyl acetate cũng
14
đóng vai trò như chất làm cứng, cải thiện khả năng ổn định nhiệt của
lớp in trong dung dịch mực in.
I8 Sấy ở 100
o
C I8 nung ở 200
o

C I10 Sấy ở 100
o
C I10 nung ở 200
o
C
Hình 3.72IV!]Y^YFN3699\
FF

\FF


Tuy nhiên sức căng bề mặt của công thức mực in I10 là khá cao, mặc
dù mực in có thể phun ra từ đầu phun nhưng rất khó để kiểm soát quá
trình phun mực, vì vậy chúng tôi thêm một lượng nhỏ Sodium dodecyl
Sulfate (SDS) để điểu chỉnh sức căng bề mặt của công thức mực in
I10.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của SDS đến sức căng bề mặt của công
thức mực in I10, chúng tôi thực hiện 4 mẫu thí nghiệm bằng cách
thêm 0,05, 0,1, 0,3 và 0,5 %wt SDS (dung dịch SDS trong nước). Khi
sử dụng một lượng nhỏ dung dịch SDS là 0,05 và 0,1 wt% thì sức
căng bề mặt của dung dịch mực in hầu như không phụ thuộc vào hàm
lượng của SDS, điều này cũng hợp lý bởi vì nước có một sức căng bề
mặt lớn 72,8 mN/m tại nhiệt độ phòng, vì vậy một lượng nhỏ của SDS
không thể cải thiện được sức căng bề mặt của dung dịch mực in. Khi
thể tích dung dịch SDS tăng lên 0,3 wt% sức căng bề mặt của dung
dịch mực in giảm từ 39 mN/m xuống 36 mN/m và đạt giá trị bão hòa.
Bên cạnh đó, để tăng độ bóng của màng sau khi in cũng như cải thiện
khả năng phun mực của mực in, một lượng rất nhỏ chất phụ gia như:
Ethyl glycolate và Ethyl formate được thêm vào công thức mực in.
Hai phụ gia này cũng là thành phần của mực in Sunjet mà chúng tôi

phân tích tại trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP.HCM. Đến
thời điểm này chúng tôi thu được công thức mực in có thể in bằng
15
Chọn vật liệu
Thiết kế
Kiểm soát in phun
In màng dẫn điện
Tối ưu nhiệt độ
Lặp lại nhiều lần
máy in phun và có độ bám dính tốt, công thức mực in LNT-1 với các
thành phần như sau:
- Nano Ag: 20 wt%
- H
2
O: 31 wt%
- Ethanol: 12 wt%
- Ethylen glycol: 1,5 wt%
- Glycerin: 15 wt%
- 2-isopropoxyethanol: 1,5 wt%
- Ethyl acetate: 15,6 wt%
- SDS: 0,3 wt%
- Ethyl glycolate: 0,05 wt%
- Ethyl formate: 0,05 wt%
3.6. Ứng dụng mực in nano kim loại thu được để in mạch điện tử.
Chúng tôi ứng dụng mực in hạt nano bạc chế tạo được để in các mạch
điện tử bằng công nghệ in phun. Hình 3.84 là các bước chế tạo mạch
in điện tử bằng công nghệ in phun.
Hình 3.84.84B63_2+
16
3.6.2. In mạch điện tử

Sau khi tìm được độ phân giải phù hợp cho từng loại đế chúng tôi tiến
hành in mạch điện tử có cấu trúc như thiết kế trên đế PET, thủy tinh
và Si. Hình ảnh của các mạch điện tử trên đế PET, thủy tinh và Si như
trong hình 3.86.
Đế Si Đế Thủy tinh Đế PET
Hình 3.86I!3_N36$,!;KJ
3.7. So sánh các đặc tính của mực in nano bạc chế tạo trong
Luận án và các mực in nano bạc thương mại.
Để đánh giá chất lượng của mực in nano bạc chế tạo trong Luận án
này, chúng tôi so sánh các đặc tính của mực in nano bạc chế tạo trong
Luận án này (mực in LNT-1) so với 3 loại mực in thương mại. Ba loại
mực in thương mại khác nhau được khảo sát trong báo cáo này là mực
in nano bạc có lẫn đồng IJ242-54 từ hãng Cima Nanotech, mực in
nano bạc U5603 từ hãng Sunjet, mực in nano bạc MetalonTM JS-015
từ hãng NovaCentrix.
3.7.1. So sánh các đặc tính của các loại mực in
Các đặc tính của mực nano bạc chế tạo được LNT-1 và 3 loại mực in
thương mại được phân tích và trình bày trong phần 3.1 và 3.4 ở trên,
vì vậy chúng tôi nêu tóm tắt các đặc tính của các loại mực in này ở
đây để dễ dàng so sánh như trong bảng 3.24.
Bảng 3.24.$9883`!8- 
Mực in nano bạc có Mực in nano bạc Mực in nano bạc
17
lẫn đồng IJ242-54
từ hãng Cima
Nanotech
MetalonTM JS-015 từ
hãng NovaCentrix
U5603 từ hãng
Sunjet

λ (nm) 409 401 402
Kích thước hạt
(nm)
60 (bị kết đám) 10-33 5-28
Khả năng phun
mực
Không phun Phun không tốt (có
nhiều giọt vệ tinh)
Phun tốt
Khả năng in Không in được Không in được In tốt
3.7.2. So sánh điện trở của cấu trúc sau khi in.
Bảng 3.25 là kết quả điện trở của 3 mẫu in 1 lớp, 2 lớp và 3 lớp được
nung ở 200
o
C trong 1 giờ.
Bảng 3.25.Z6[33\!- 4a 
"MJ?
Số lớp in Bề dày (nm) Điện trở của mực in LNT-1
(Ω)
Điện trở của mực in Sunjet
1 250 265
2 500 135
3 700 79
Từ kết quả trên ta thấy điện trở của mực in LNT-1 cao hơn mực in
thương mại không quá nhiều. Hiển nhiên rằng, việc in càng nhiều lớp
đã làm tăng độ dày cũng như nồng độ các hạt mang điện trong đường
dẫn điện được in, từ đó làm tăng độ dẫn điện của nó. Tuy nhiên, mức
độ giảm điện trở của chúng diễn ra khá chậm. Trong bảng 3.25, chúng
ta chỉ thấy điện trở giảm đáng kể khi ta in thêm lớp thứ hai. Các mẫu
in tiếp theo hiển nhiên vẫn làm giảm điện trở nhưng không nhiều như

khi ta in thêm lớp thứ ba. Như đã trình bày ở trên, việc nung kết khối
18
mẫu có tác dụng làm bay hơi hoàn toàn dung môi còn lại và liên kết
các hạt nano lại với nhau. Đối với những mẫu in từ 3 lớp trở lên, do
lớp ngoài cùng nhanh chóng kết dính và bay hơi dung môi đã ngăn
cản sự bay hơi dung môi của những lớp trong, và đồng thời sự liên kết
giữa các hạt nano diễn ra chậm hơn. Số lớp in càng nhiều thì thời gian
nung bắt buộc phải dài hơn nếu muốn thu được độ dẫn điện như ý
muốn. Dù vậy, theo dự đoán của chúng tôi, điện trở của mẫu in chỉ
giảm đến một giới hạn nào đó. Lúc ấy, dù có tiếp tục in thêm nhiều
lớp thì điện trở cũng không đổi, hoặc giảm ít.
KẾT LUẬN
A. Kết quả đạt được
Toàn bộ kết quả của Luận án được tập trung vào ba mảng nghiên cứu
lớn như sau:
1) Đã nghiên cứu giải quyết các vấn đề công nghệ phát sinh và làm
chủ các thông số của công nghệ in phun để có thể in được các
điểm, đường và màng mỏng dẫn điện
- Đã khảo sát đặc trưng của các loại mực in phun thương mại khác
nhau, sự tương tác của mực in trên đế, và các thông số ảnh hưởng
đến quá trình in phun.
- Đặc biệt, chúng tôi đã tìm được giải pháp để khử bong bóng
khí trong mực in. Một hệ thống khử bong bóng khí trong mực
in bằng màng lọc đã thiết lập trong Luận án này, và nhờ vậy
mực in có thể phun ra tốt và ổn định từ các vòi phun.
2) Đã chế tạo thành công hạt nano kim loại (bạc và đồng) bằng
phương pháp khử hóa học
- Đã chế tạo thành công dung dịch nano bạc có nồng độ cao (15%)
và ổn định bằng phương pháp hóa học sử dụng máy rung siêu âm,
sử dụng etylen glycol vừa là chất khử vừa là dung môi,

polyvinylpyrolidone (PVP) là chất bảo vệ bề mặt. Kết quả cho
thấy có thể chế tạo được dung dịch keo nano bạc với nồng độ cao
19
(hơn 15% về khối lượng); kích thước hạt khá nhỏ 3 – 15 nm, độ
đồng đều cao, phân bố kích thước hạt tốt. Độ phân tán và độ ổn
định của các hạt nano bạc là rất lâu (hơn 5 tháng) phù hợp mục
đích chế tạo mực in nano bạc.
- Đã chế tạo thành công dung dịch bạc nanoplates bằng cách sử
dụng đồng thời TSC và H
2
O
2
là thành phần quan trọng để kiểm
soát hình dạng và sự phân bố hình dạng khác nhau của hạt nano
bạc. Chúng tôi thấy rằng nồng độ của trisodium citrate, H
2
O
2
và
PVP ảnh hưởng đến màu sắc và hình dạng của hạt nanoplates.
Chúng tôi cũng xác định được tỉ lệ nồng độ mol tối ưu của
Trisodium citrate, NaBH
4
và H
2
O
2
so với [Ag
+
].

- Đã chế tạo thành công dung dịch hạt nano đồng bằng cách sử
dụng chất khử sodium tetrahydidoborate (NaBH
4
) trong khi sử
dụng ascorbic acid như chất khử nhẹ. Kích thước hạt nano đồng
từ 6nm đến 40nm. Hạt nano đồng ở trạng thái ổn định trong dung
dịch trong khoảng 2 tháng và các hạt nano vẫn ổn định (màu đỏ)
ở dạng bột ít nhất 1 tháng
3) Đã chế tạo thành công mực in hạt nano kim loại với đầy đủ các
tính chất phù hợp với máy in phun chuyên dụng Dimatix
Trong Luận án này, chúng tôi đã tìm ra được công thức mực in hạt
nano kim loại (nano bạc) thích hợp cho máy in phun, và có thể in
được các mạch điện tử có độ bám dính cao, màng in đồng đều không
bị co rút sau khi nung. Công thức mực in nano bạc chế tạo trong Luận
án này (LNT-1) với độ nhớt là 9,5 cP và sức căng bề mặt là 36 mN/m
và bao gồm 10 thành phần như sau:
- Nano Ag: 20 wt%
- H
2
O: 31 wt%
- Ethanol: 12 wt%
- Ethylen glycol: 1,5 wt%
- Glycerin: 15 wt%
20
- 2-isopropoxyethanol: 1,5 wt%
- Ethyl acetate: 15,6 wt%
- SDS: 0,3 wt%
- Ethyl glycolate: 0,05 wt%
- Ethyl formate: 0,05 wt%
 So sánh trong nước: Việc nghiên cứu về công nghệ in phun và

nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại chưa được thực hiện ở
Việt nam, do vậy kết quả nghiên cứu của Luận án này là hoàn
toàn mới ở trong nước.
 So sánh với Quốc tế: so sánh với 3 loại mực in thương mại từ
các hãng Sun Chemical, NovaCentrix và Cima Nanotech:
- Mực in từ hãng Sun Chemical có thể phun tốt và có thể ứng
dụng để chế tạo các mạch vi điện tử bằng công nghệ in phun.
- Mực in từ hãng NovaCentrix có độ nhớt khá thấp 4 cP, nên
mực in bị chảy ra từ các vòi phun nên không thể in phun được
trên máy in phun chuyên dụng Dimatix (Hoa Kỳ).
- Mực in từ hãng Cima Nanotech có các hạt nano bạc bị kết tụ,
nên làm tắt vòi phun nên cũng không thể phù hợp cho việc in
phun sử dụng máy in phun chuyên dụng Dimatix (Hoa Kỳ).
 Vì vậy mực in nano kim loại được chế tạo trong Luận án Tiến sĩ
này có thể so sánh ngang tầm với mực in thương mại của Quốc
tế.
B. Những điểm mới và đóng góp của Luận án
 Những kết quả mới đã đạt được:
- Đã xây dựng [689bEB
P3Q có thể ứng dụng chế tạo mực in nano kim loại
cho công nghệ in phun;
- Đã chế tạo thành công  - (&-) có
tính chất phù hợp với công nghệ in phun điện tử, và chất
lượng có thể so sánh với sản phẩm thương mại nước ngoài;
21
- Nghiên cứu thành công quy trình in phun để chế tạo các mạch
vi điện tử.
- Đã giải quyết vấn đề bong bóng khí của mực in trong quá
trình in phun bằng hệ lọc khí tự chế tạo.
 Đóng góp của Tác giả từ kết quả nghiên cứu của Luận án đối

với lĩnh vực Khoa học và Công nghệ:
• Tác giả Luận án là Chủ nhiệm 3 đề tài NCKH có liên quan đến
đề tài Luận án:
- c63P6 3Pd
Đề tài này được tài trở bởi Đại Học Quốc Gia TP. HCM, với
kinh phí là 150 triệu. Đề tài này đã nghiệm thu đạt loại tốt.
- “6 U@V+
83_d. Đề tài này thuộc dạng “Nghiên cứu tiềm
năng” được tài trợ bởi “Bộ Khoa Học và Công Nghệ Việt
Nam - Chương trình KH&CN trọng điểm cấp nhà nước
KC.02/11-15 - Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ
Vật liệu mới”, với kinh phí là 950 triệu. Đề tài NCKH này đã
được nghiệm đạt loại xuất sắc
- cMNU6 -3P
@e+6-?
d, được tài trợ bởi “Bộ Khoa Học và Công Nghệ Việt
Nam - Chương trình KH&CN trọng điểm cấp nhà nước
KC.02/11-15 - Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ
Vật liệu mới”, với kinh phí là 3.070 triệu. Đề tài này đang
thực hiện từ năm 2014-2015, và bảo đảm tiến độ thực hiện.
• Tác giả Luận án đã tham gia thực hiện chính 2 đề tài NCKH
có liên quan đến đề tài Luận án:
- cMNU8+9/a!f7@e
+8Og@]3dĐề
tài này được tài trợ bởi Quỹ phát triển Khoa học và Công
22
nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED), với kinh phí là 350
triệu, Đề tài này đã được nghiệm thu kết quả đạt.
- cMNU6h7@9ND2+
 @e 8 U @V    6d, Thuộc

Nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo
Nghị định thư với Pháp– Bộ khoa học và công nghệ, với kinh
phí là 2.250 triệuĐề tài này đã được nghiệm thu đạt loại
xuất sắc.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
Trong thời gian thực hiện Luận án này tác giả đã đăng ký 01 sáng chế
và đã có 15 công bố khoa học thuộc nội dung của Luận án trên các
tạp chí khác nhau, cụ thể như sau:
 01 sáng chế đã được đăng ký: “Quy trình sản xuất mực in phun
nano dẫn điện trên cơ sở các hạt nano bạc (Ag) và mực in phun
nano được chế tạo theo quy trình này, Đặng Thị Mỹ Dung và
Đặng Mậu Chiến, 2014”
 05 Công bố khoa học đăng trên Tạp chí thuộc hệ thống ISI
(SCI, SCIE)
1. Investigation of influence of different surfactants on
controlling the size of Ag nanoparticles, Dung My Thi
Dang
*
, Eric Fribourg-Blanc and Chien Mau Dang, Y  i
M&-,FjE&&@,(Impact Factor = 1,335)
2. Study of formation of silver nanoparticles and silver
nanoplates by chemical reduction method, Dung My Thi
Dang
*
, Eric Fribourg-Blanc and Chien Mau Dang, Y  i
M&-,FjE&&@,(Impact Factor = 1,335)
3. Investigation of shape controlled silver nanoplates by a simple
chemical reduction method, Eric Fribourg-Blanc, Dung Thi
My Dang
*

, Tuyet Thi Thu Le, Chinh Dung Trinh, Thanh Thi
23
Nu Thanh and Chien Mau Dang, MEMk(2013) 8 1350030 (10
pages), (Impact Factor = 1,193)
4. Characterization of silver nanoparticle based inkjet printed
lines, Eric Fribourg-Blanc, Dung My Thi Dang, Chien Mau
Dang, L99 J&- (2013) DOI 10.1007/s00542-013-
1743-x, (Impact Factor = 1,5)
5. Characteristics of colloidal copper particles prepared by using
Polyvinyl pyrrolidone (PVP) and Polyethylene glycol (PEG)
in chemical reduction method, Chien Mau Dang, Chinh Dung
Trinh, Dung My Thi Dang*, and Eric Fribourg-Blanc, Yi
M&-10 (2013) ¾, (Impact Factor = 1,335)
 07 Công bố khoa học đăng trên Tạp chí quốc tế
1. Silver nanoparticles ink synthesis for conductive patterns
fabrication using inkjet printing technology, Mau Chien Dang,
Thi My Dung Dang and Eric Fribourg-Blanc, Adv. Nat. Sci.:
Nanosci. Nanotechnol. 6 (2015) 015003 (8pp), 2015
2. Design and testing of RFID sensor tag fabricated using inkjet-
printing and electrodeposition, Mau Chien Dang, Dat Son
Nguyen, Thi My Dung Dang
*
, Smail Tedjini and Eric
Fribourg-Blanc, E@  M  $'  M9  M& 5
(2014) 025012 (7pp)
3. Inkjet printing technology and conductive inks synthesis for
microfabrication techniques, Mau Chien Dang, Thi My Dung
Dang
*
and Eric Fribourg-Blanc E@  M  $'  M9

M&l. 4 (2013) 015009 (7pp)
4. Realization of stable and homogenous carbon nanotubes
dispersion as ink for radio frequency identification
applications, M Nicolas Bougot, Thi My Dung Dang
*
,
Nguyen Ngan Le and Mau Chien Dang, E@&9M-
$&&'M9&&@M&- 4 (2013) 025008
(5pp)
24
5. Influence of surfactant on the preparation of silver
nanoparticles by polyol method, Thi My Dung Dang
*
, Thi
Thu Tuyet Le, Eric Fribourg-Blanc and Mau Chien Dang,
E@&9    M-  $&&'  M9&&  @
M&-3 (2012) 035004 (4pp)
6. The influence of solvents and surfactants on the preparation of
copper nanoparticles by a chemical reduction method, Thi
My Dung Dang
*
, Thi Tuyet Thu Le, Eric Fribourg-Blanc,
Mau Chien Dang, E@&9M-$&&'M9&&
@M&-2 (2011) 025004
7. Synthesis and optical properties of copper nanoparticles
prepared by a chemical reduction method, Thi My Dung
Dang
*
Thi Tuyet Thu Le, Eric Fribourg-Blanc, and Mau
Chien Dang, E@&9M-$&&'M9&&@

M&-2 (F) 015009.
 03 Công bố khoa học đăng trên Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế và
tạp chí KHCN trong nước
1. Synthesis and stability control of silver nanoparticles
prepared by using glucose as capping agent in chemical
reduction method, Chinh Dung Trinh, Dung My Thi Dang,
Thanh Nu Thi Le, Thuy Thi Le, Eric Fribourg-Blancand
Chien Mau Dang, ;&&@9lYmMEF,>J,
>&,14-16 November (2013) pp. 608-612
2. Inkjet printing of silver conductive films, Luong Vu Nam,
Dang Thi My Dung, Nguyen Huu Trung, Dang Mau Chien,
;&&@ll&&&l$&l&9&$@&9
;nYK>o.L=J,p&F. Ho Chi Minh City, Vietnam,
February 11
th
, 2012, pp. 51-56
3. Study of fabrication of conductive traces by the inkjet
printing technology, Luong Vu Nam, Dang Thi My Dung,
Nguyen Huu Trung, Dang Mau Chien, i-l$&&
25