Johtavien ohutkalvopintojen valmistaminen aerosolitekniikoilla

Abstract

Aerosolimenetelmillä voidaan tuottaa monenlaisia pintoja ja monin eri tavoin. Tässä työssä käytettiin Tampereen teknillisen yliopiston Fysiikan laitoksen Aerosolifysiikan tutkimuslaboratorion liekkiruiskumenetelmää (Liquid Flame Spray, LFS). Se on terminen ruiskuprosessi, jossa prekursori syötetään erityisesti tätä menetelmää varten suunnitellun polttimen kautta vety-happi-liekkiin. Polttimia on kahta erilaista mallia, joiden dimensiot ovat keskenään erilaiset ja näillä eroilla on vaikutusta saataviin hiukkasiin. Menetelmällä on mahdollista saada hyvin korkealaatuisia nanohiukkasia. Prekursori koostuu helposti haihtuvasta liuottimesta ja yhdestä tai useammasta lähtöaineesta, joiden tulee liueta liuottimeen. Prekursori syötetään liekkiin halutulla nopeudella , lähtöaineet reagoivat kuumassa liekissä ja deposoituvat ohuena kalvona haluttuun pintaan. Tutkimuksen kohteena oli Tampereen teknillisen yliopiston Kemian ja biotekniikan laitoksen Valokemian tutkimusryhmän orgaaninen aurinkokenno ja siihen tuleva johtava ohutkalvopinta. Pinnan valmistamiseen liittyi rajoitteita, joiden vuoksi sopivaa valmistusmenetelmää kokeiltiin useilla eri tavoilla. Aerosolimittauksia tehtiin, jotta varmistuttiin valmistettavien hiukkasten nanokokoluokasta. Perinteisen liekkiruiskumenetelmän lisäksi pintoja valmistettiin putkiuunissa ja liekkiruiskumenetelmää käytettäessä useita erilaisia pinnoitusmenetelmiä käytettiin, kuten viilennettyä pinnoitusalustaa, joka sijoitettiin liekin viereen eikä päälle kuten pinnoitettavat pinnan yleensä. Pinnoitusalustaan kiinnitettiin pinnoitettavat lasilevyt ja niiden alla metallikotelossa kiersi viilentävä vesivirtaus. Tuloksia saatiin useimmilla pinnan valmistustavoilla. Lähtöaineina käytettiin epäorgaanisia hopea- ja sinkkinitraatteja ja myös orgaanisia hopea –ja sinkkisuoloja testattiin lähtöaineina. Näillä valmistettiin prekursoreita pelkästään hopea- ja sinkkilähtöaineista ja myös yhdistämällä niitä samaan prekursoriin. Parhaat tulokset saatiin hopealla käyttämällä pinnoituksessa apuna viilennettyä pinnoitusalustaa. Tätä olisi kokeiltu myös kvartsilaseille, mutta ennen kokeilujen aloittamista tarvittava poltin rikkoutui. Koska liekkiruiskumenetelmällä saatiin lupaavia tuloksia, kokeita tulisi jatkaa sovelluskohteeseen sopivan johtavan ohutkalvopinnan valmistamiseksi. Myös muiden lähtöaineiden käyttöä tulisi harkita. /Kir10