Optimal Proportion Analysis of PEDOT: PSS in Conductive Ink for Lamp Package Application.

Abstract

The objectives of this research were to investigate the optimum condition for conductive ink by analyzing the electrical conductivity of conductive inks using Poly (3,4-ethylenedioxythiophene): Poly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS) as conductive material and determining the optimal proportion of PEDOT: PSS conductive ink for lamp packaging application. Other ingredients in the conductive ink included Dimethyl Sulfoxide (DMSO) as the solvent with low electrical resistance, Ethylene Glycol (EG), and Triton X-100 used to improve ink viscosity and surface tension. The experimental research was done by inkjet printing the conductive ink on the polyethylene terephthalate (PET) substrate. The independent variable was the concentration ratio of (PEDOT: PSS): DMSO: EG: Triton x-100, varying from 45: 50 : 4 :1 to 90 : 5: 4: 1. The dependent variable was the electrical conductivity of the conductive ink. The specific electrical resistance of conductive ink was measured every second for 5 minutes using a DC circuit, LabVIEW program, NI USB DAQ 6008 device, and the portable computer. Then the electrical resistivity and electrical conductivity values were calculated to compare the optimal proportion of the conductive ink ingredients. The lamp packaging structure was designed to include a printed circuit board with conductive ink to inspect the lamp performance in the package.The results showed that the optimal proportion of conductive inks that gave the lowest electrical resistivity or highest conductivity was PEDOT:PSS: DMSO : EG: Triton x-100 with 75: 20: 4 :1. The conductive ink with that proportion could be applied in the lamp packaging to test the lamp’s function inside the package without taking it out of the package.

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการเตรียมหมึกพิมพ์นำไฟฟ้า โดยวิเคราะห์สภาพนำไฟฟ้าของหมึกนำไฟฟ้าที่ใช้สารนำไฟฟ้าเป็น PEDOT:PSS และหาสัดส่วนที่เหมาะสมขององค์ประกอบในหมึกพิมพ์นำไฟฟ้า PEDOT:PSS เพื่อประยุกต์ใช้ในบรรจุภัณฑ์หลอดไฟฟ้า ส่วนประกอบอื่นในหมึกพิมพ์นำไฟฟ้า ได้แก่ Dimethyl Sulfoxide (DMSO) เป็นตัวทำละลายที่มีค่าความต้านทานไฟฟ้าต่ำ สาร Ethylene Glycol (EG) และสาร Triton x-100 เป็นสารที่ใช้ปรับปรุงความหนืดและแรงตึงผิวของหมึกพิมพ์นำไฟฟ้านำไฟฟ้า การวิจัยเป็นการวิจัยเชิงทดลองโดยพิมพ์หมึกพิมพ์นำไฟฟ้าลงบนแผ่นพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ด้วยการพิมพ์พ่นหมึก ตัวแปรอิสระที่ศึกษา คือสัดส่วนความเข้มข้นของ (PEDOT:PSS) : DMSO : EG : Triton x-100 ที่ต่างกันตั้งแต่ 45 : 50 : 4 :1 จนถึง 90 : 5 : 4 : 1 ตัวแปรตาม คือค่าสภาพนำไฟฟ้าของหมึกพิมพ์นำไฟฟ้า ด้วยการวัดค่าความต้านทานไฟฟ้าในทุกวินาทีเป็นเวลา 5 นาทีโดยใช้วงจรไฟฟ้ากระแสตรง โปรแกรม LabVIEW อุปกรณ์ NI USB DAQ 6008 และคอมพิวเตอร์แบบพกพา จากนั้นนำไปคำนวณค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าและค่าสภาพนำไฟฟ้าของหมึกพิมพ์นำไฟฟ้าเพื่อเปรียบเทียบสัดส่วนหมึกพิมพ์ที่ให้ค่าที่ดีที่สุด โครงสร้างบรรจุภัณฑ์หลอดไฟฟ้าได้ถูกออกแบบให้มีแผงวงจรภาพพิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์นำไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบ เพื่อให้บรรจุภัณฑ์สามารถใช้ตรวจสอบการทำงานของหลอดไฟฟ้าที่บรรจุได้ผลการวิจัยพบว่า สัดส่วนที่ดีที่สุดของหมึกพิมพ์นำไฟฟ้าที่ให้ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าต่ำสุดหรือสภาพนำไฟฟ้าสูงสุด คือสาร (PEDOT:PSS) : DMSO : EG : Triton x-100 เท่ากับ 75 : 20 : 4 :1 และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบบรรจุภัณฑ์หลอดไฟฟ้าเพื่อทดสอบการทำงานของหลอดไฟฟ้าขณะที่บรรจุได้โดยไม่ต้องนำหลอดไฟฟ้าออกจากบรรจุภัณฑ์