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

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

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

(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

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
(%)

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 PET
Đế Si
Đế thủy tinh
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

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

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
C
h
ọ
n
v
ậ
t
li
ệ
u
T
h
i
ế
t
k
ế
K
i
ể
m

s
o
á
t
i

M
à
n
g
d
ẫ
n
đ
i
ệ
n
S
ả
n
p
h
ẩ
m

c
u
ố
i
c
ù
n
g
Lặp
lại
nhiều

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
lẫn đồng IJ242-54
từ hãng Cima
Nanotech
Mực in nano bạc
MetalonTM JS-015 từ
hãng NovaCentrix
Mực in nano bạc
U5603 từ hãng
Sunjet
λ (nm) 409 401 402
Kích thước hạt 60 (bị kết đám) 10-33 5-28
17
(nm)
Khả năng phun
mực
Không phun Phun không tốt (có

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
(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.
19

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%
- 2-isopropoxyethanol: 1,5 wt%
- Ethyl acetate: 15,6 wt%
- SDS: 0,3 wt%
- Ethyl glycolate: 0,05 wt%
20
- 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.

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
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
22
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

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-

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$&&
@  J&-   o   >&  E@&  l  $&&  @
J&- 49 (2011) 5C, 165-172
25