The flexible and stretchable electronic market is increasing particularly in the field of biomedical electronics. Widely used printed silver conductive tracks today are only eligible for on-skin applications. However, for biomedical applications fully biocompatible, flexible and even stretchable materials for device fabrication are needed. This paper presents an additive printing approach to fabricate flexible and stretchable electronics by using a biocompatible platinum material. Usually, in order to realize electrically conducting Ptinterconnects by inkjet printing, it requires a furnace sintering at prohibitively high temperatures, which are not compatible with thermal sensitive polymeric substrates. This paper describes a high-power diode laser sintering (HPDL) and a flash lamp annealing (FLA) as promising alternative sintering methods. Both processes are eligible whereas laser sintering showed slightly better results. Bending tests and adhesive strength tests of platinum printed inks on polyimide with up to 180 000 cycles, show that printed platinum is a suitable biocompatible material for flexible electronics.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung ethylenglykolfunktionalisierter Carboxylate der Münzmetalle sowie deren Verwendung als Präkursoren in der Herstellung von Nanopartikeln und leitfähigen Metallschichten. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Verwendung von Kupfer(II)-carboxylaten zur Herstellung von druckbaren Kupfertinten. Es wird gezeigt, wie zentrale Präkursoreigenschaften durch Variation der Carboxylatreste optimiert werden können. Einen zweiten Schwerpunkt bildet die Herstellung von Kupfernanopartikeln durch thermische Zersetzung ethylenglykolfunktionalisierter Kupfercarboxylate. Der Einsatz von Bis- und Tris(triphenylphosphan)kupfer(I)-carboxylaten ermöglicht hierbei die Herstellung von oxidfreien sphärischen Kupfernanopartikeln sowie von Kupferstäbchen unter einfachen experimentellen Bedingungen. Weitere Arbeiten widmen sich der Verwendung von ethylenglykolfunktionalisierten Silber(I)-carboxylaten zur Synthese von Silbernanopartikeln. Der entwickelte Prozess erlaubt die Herstellung blättchenförmiger Silbernanopartikel bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Auch die Herstellung von blättchenförmigen Kupfersulfidpartikeln durch Thermolyse eines ethylenglykolfunktionalisierten Bis(triphenylphosphan)kupfer(I)-thiocarboxylates wird beschrieben. Schließlich wird gezeigt, wie thermolytisch hergestellte Goldnanopartikel an ethylenglykolfunktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden können. Der Prozess wurde auf einem Wafer durchgeführt. Die erhaltenen Strukturen ermöglichen eine Verwendung als optischer Sensor.

For biomedical electronics the compatibility to the biological environment should be well-considered. Therefore this paper evaluates dispensed carbon nanotubes (CNT's) on polyimide (PI) foil for conductive tracks and electrodes for flexible, biomedical applications. A CNT based ink is investigated regarding biocompatibility, flexibility, conductivity and suitability for electrode materials with contact to artificial body fluids. The testing methods comprise bending tests with resistance monitoring, adhesion tests and the utilization of dynamic fluidic and electrical load on dispensed structures. The CNT ink showed good bending properties up to 2653 cycles with an average sheet resistance of 32.5 Ohm/sq. A demonstration of biocompatibility using the adherent cell line HFFF2 resulted negatively. No delamination or dissolving effects occurred during exposure to 0.9 % sodium chloride solution.

In dieser Arbeit wird gezeigt, wie Mikrosiebe über das Float Casting Verfahren hergestellt und durch Ink Jet Druck stabilisiert werden. Dazu wurde ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt Mikrosiebe großflächig auf einem Langmuirtrog herzustellen und noch schwimmend auf der Wasseroberfläche zu bedrucken, so dass stabilisierte Mikrosiebe von der Wasseroberfläche abgehoben werden können. Zur Herstellung der Mikrosiebe wird das Prinzip der Partikel-assistierten Benetzung verwendet, bei dem eine Dispersion aus Silikapartikeln, Monomer und Initiator auf einer Wasseroberfläche gespreitet wird. Die Partikel ordnen sich dabei von selbst in einer hexagonal dichtesten Packung an und dienen sowohl als Spreithilfe als auch als Porenbildner. Nach dem Entfernen der Partikel entsteht ein poröses Mikrosieb mit einheitlichen, dicht gepackten Poren. Durch das Aufdrucken einer Wabenstruktur als Stützstruktur wird eine ausreichende Stabilisierung erreicht, so dass die Siebe in Filtrationsversuchen eingesetzt werden können. Das entstehende Gefüge, bestehend aus einem Mikrosieb mit einer Dicke im Nanometerbereich wird von einer Stützstruktur, welche eine Dicke im Mikrometerbereich besitzt, stabilisiert. Außerdem wird gezeigt, wie eine Wasseroberfläche Schritt für Schritt modifiziert wird, so dass es möglich ist grazile Strukturen auf eine Wasseroberfläche zu drucken. Diese Strukturen können anschließend von der Wasseroberfläche abgehoben werden und stehen nach dem Trocknen als freistehende Strukturen zur Verfügung.

In dieser Arbeit wird gezeigt, wie Mikrosiebe über das Float Casting Verfahren hergestellt und durch Ink Jet Druck stabilisiert werden. Dazu wurde ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt Mikrosiebe großflächig auf einem Langmuirtrog herzustellen und noch schwimmend auf der Wasseroberfläche zu bedrucken, so dass stabilisierte Mikrosiebe von der Wasseroberfläche abgehoben werden können. Zur Herstellung der Mikrosiebe wird das Prinzip der Partikel-assistierten Benetzung verwendet, bei dem eine Dispersion aus Silikapartikeln, Monomer und Initiator auf einer Wasseroberfläche gespreitet wird. Die Partikel ordnen sich dabei von selbst in einer hexagonal dichtesten Packung an und dienen sowohl als Spreithilfe als auch als Porenbildner. Nach dem Entfernen der Partikel entsteht ein poröses Mikrosieb mit einheitlichen, dicht gepackten Poren. Durch das Aufdrucken einer Wabenstruktur als Stützstruktur wird eine ausreichende Stabilisierung erreicht, so dass die Siebe in Filtrationsversuchen eingesetzt werden können. Das entstehende Gefüge, bestehend aus einem Mikrosieb mit einer Dicke im Nanometerbereich wird von einer Stützstruktur, welche eine Dicke im Mikrometerbereich besitzt, stabilisiert. Außerdem wird gezeigt, wie eine Wasseroberfläche Schritt für Schritt modifiziert wird, so dass es möglich ist grazile Strukturen auf eine Wasseroberfläche zu drucken. Diese Strukturen können anschließend von der Wasseroberfläche abgehoben werden und stehen nach dem Trocknen als freistehende Strukturen zur Verfügung.

Printing since many years has been a well-known high throughput technology for producing replications of graphic arts entities (texts, images, aesthetics, gloss and physical impressions) over large varieties of substrates which are dedicated for various needful applications like newspapers, magazines, posters, official documents, packages, braille, textiles, decorative articles and many more. Due to the fact, that printing is a liquid-solution based replication process, where basic ink and substrate are needed, it is now not only limited to printing of graphic arts. Whenever an ink is deposited over a defined substrate and the process can be multiplied, it can be termed as printing and once the final product contains a functionality other than graphic arts application, it can be called as “Printed Functionality”. Some examples for printed functionalities can be found in the following fields: A. Printed electronics (using inks having electronic properties); B. Printed micro-fluidics (using inks having polymeric and elastic properties for directive purposes); C. 3-Dimensional printing (using inks containing binding properties for developing three dimensional structures); D. Printed photonics (using inks having self-assembling properties for building-up symmetric micro-structures); E. Printed pyroelectrics (using inks containing thermally flammable properties); F. Printed ceramics (using inks with ceramic particles) and G. Printed optics and functional surfaces (using inks with transparency, absorbency and reflective properties). All these mentioned applications require functional inks which in turn exhibits some physical-chemical properties e.g. particle size, particle loading, fluid’s rheological properties etc. These properties determine the feasibility of the material’s deposition (in this case the functional inks) with a suitable printing technology. The inkjet printing technology among others has several advantages such as contactless deposition processability, digitalization (batch size one & turn-over time zero), user defined customization and adaptation, industrial relevance, minimal ink demand for R&Ds, freedom of substrate regularity and µm-scale print accuracy etc. Some of the imminent players in the inkjet printing technology market are Canon, Kodak, Hewlett Packard, Fujifilm Dimatix, Konica Minolta and XAAR. They provide print solutions from small to industrial scale printheads, printers, equipments and accessories for the realization of huge variety of application ideas. The inkjet is a versatile, but yet matured technology which finds its use in various application areas e.g. home office documentation, large format posters, variable data printing, security printing, textile printing, wallpapers, household articles, curved surfaces like bottles, printing over edible items, printing of elevated surfaces etc. And, hence there are several literatures published which show the use of the inkjet printing technology in the development of products for printed electronics. Some of the common examples are development of passive and active devices e.g. capacitors, resistors, thin-film-transistors, photovoltaics, sensors, circuits like logic gates for electronic switching, device arrays for detection purposes, point of care health applications, energy harvesting applications etc. But, the exploitation of the inkjet technology has not been intense enough to declare the industrial relevance of the technology to be utilized as a fabrication tool in the market. Meanwhile, all the researchers around the globe aim at a single goal, which is the development of “Proof of Concept” devices and applications. Thus, here in this dissertation the implementation of the inkjet printing technology as a digital fabrication tool is exploited to manufacture and up-scale the printed electronic products, which can show an industrial relevance to the commercial market. The main motivation why printed electronics is in great demand (scientific point of view) and has intensely emerged in the last decades, is because of the primary challenges faced in the fabrication process steps of the µ-electronics society. It is know that the classically fabricated µ-electronic products are in the market since long time due to their high reliability, consistent performance and defined applications in circuitry. But, what cannot be ignored is the involved fabrication steps promote several demerits such as the in-flexibility towards the fabrication process, material wastage, in-ability to up-scale into larger areas and huge quantities, and physical rigidity. Some of these mentioned problems are commonly seen e.g. spin coating, chemical vapor-phase deposition, physical vapor-phase deposition, atomic layer deposition and sputtering fabrication technologies. In this present dissertation, on the contrary, the challenges linked with the manufacturing process of the µ-electronic devices using the inkjet technology are focused and attempts are made to counteract them. Some of the foreseen challenges are: A. process workflow adaptation in device manufacturing; B. validation and evaluation of device performance; C. industrializing the inkjet technology (manufacturing µ-electronics in massive quantities); D. evaluating the fabrication yield of printed devices; D. Generating statistics regarding reliability and scalability; and E. demonstrating tolerances in electronic performances. These are definitely the challenges which must be overcome, and these key research points are addressed in the dissertation.