BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena

I dette prosjektet ble det utviklet en produksjonsprosess for kontinuerlig fremstilling av anisotropisk ledende filmer (Anisotropic Conductive Film ACF) med dokumentert høy kvalitet for bl.a. elektronikk og biomedisinske applikasjoner. Innovasjonen er basert på en patentert teknologi hvor en flytende polymerblanding som inneholder nano/mikropartikler utsettes for et elektrisk felt. Det elektriske feltet induserer en elektrisk dipol i hver partikkel, og gjør at partiklene opplinjerer seg i kjeder langs retningen til det elektriske feltet. Posisjonen til partiklene blir låst når polymeren herdes, og det dannes en ledende film. Kjedene danner permanente baner gjennom materialet, og åpner dermed for mange potensielle anvendelser, inkludert EKG-elektroder og anisotrope ledende filmer for elektronikkapplikasjoner. I startfasen har vi fokusert på modellering, produksjon av polymer med opplinjerte og ikke opplinjerte partikler og vi har etablert karakteriseringsteknikker. Vi utførte elektromagnetisk simulering av partikkelspredning i polymeren. Vi studerte også bl.a. hvordan partikkelgeometri påvirker absorpsjon av elektromagnetisk energi. Vi har også sett på sammenhengen mellom mikroskopiske egenskaper (kontakt mellom partikler, partikkelform og materiale, viskositet) og makroskopiske egenskaper (ledningsevne og geometrisk arrangement av partikkelkjeder). Vi har fremstilt polymerprøver med opplinjerte og ikke opplinjerte partikler. Karakteriseringsmetoder, basert på Skanning Elektron Mikroskopi, konduktivitet og optisk mikroskopi er blitt etablert og brukt for å studere prøvene på de to skalaene. Makroskopiske egenskaper ble kvantifisert med resistivitetsmåling og bildeanalyse. Mikroskopiske størrelser relatert til fysisk oppførsel av enkeltpartikler og kjeder, f.eks. mekanisk kontakt eller ikke-kontakt mellom individuelle partikler og konduktivitet av enkeltpartikkelkjede ble kvantifisert ved analyse av SEM-bilder. Et interessant resultat er at vi ser tydelig sammenheng mellom ledningsevnen til filmen og hvordan partiklene er romlig organisert og graden av kontakt mellom enkelte partikler. Baserte på disse resultatene, har vi laget et eksperiment for å studere mer systematisk hvilke prosessparametere som har mest innflytelse på ledningsevnen. Det finnes mange måter å lage eksperimentelle design, i AniConFilm har vi brukt "optimal design of experiment" som er en samling matematiske algoritmer som finner nok kombinasjoner av variabler (kryss-testing) til at en med sikkerhet kan si hvilke variabler som påvirker sluttresultatet, men likevel færrest mulig slik at forsøket blir så enkelt og kosteffektivt som mulig. Basert på eksperimentet laget vi en modell som utrykker konduktivitet som funksjon av parameter som for partikkel diameter, filmtykkelse og partikkelkonsentrasjon. I siste delen av prosjektet, har vi utviklet, testet og installert et optisk system for inspeksjon av opplinjering av partiklene i sanntid. En bildeanalyse-algoritme brukes for å analysere hvordan avstand mellom partikkelklynger er statistisk fordelt noe som gjør at man kan detektere feil i opplinjeringsprosessen. Vi har demonstrert at optisk systemet kan analysere ACF-filmer under produksjonen. Det optiske systemet gjør det mulig å detektere opplinjert og ikke opplinjert filmer uten å stoppe prosesslinjen. Dette øker prosesskontinuiteten for lange strekninger av prøver. Videre kan det optiske systemet også differensiere graden av opplinjering i den samme prøven noe som kan brukes som en kvalitetstest for kontinuerlig produksjon av ACF film.

I dette prosjektet har vi oppnåd en bedre forståelse av produksjon process til Anisotropisk ledende filmer ved hjelp av ny utviklede off-line karakterisering metoder samt effektivt planlegging av eksperiment. Det optisk systemet installert på R2R prosess til CondAlign AS gjør at man kan kontinuerlig inspisere opplinjering av partiklene i Anisotropic Conductive Film (ACF) i sanntid. Dette gjør at man kan detektere feil i opplinjeringsprosessen uten å stoppe prosesslinjen. Dette øker prosesskontinuiteten for lange strekninger av prøver. Videre kan det optiske systemet også differensiere graden av opplinjering i den samme prøven noe som kan brukes som en kvalitetstest for kontinuerlig filmproduksjon. Dette fører til fremstilling av anisotropisk ledende filmer med dokumentert høy kvalitet for bl.a. elektronikk og biomedisinske applikasjoner.

The planned innovation is to develop a world-leading manufacturing process for continuous production of unique anisotropic conductive films (ACF) for electronics and biomedical applications. The innovation is based on a patent technology where an electric field is applied to a liquid polymer mixture containing nano/microparticles which induces an electronic dipole in dispersed particles, causing the particles to be aligned into chains. The particles are locked into their aligned position when the polymer is cured, creating a unique conductive film. The chains form permanent pathways through the material, which opens for many potential applications including ECG electrodes and anisotropic conductive films for electronics applications. The consortium: -CondAlign AS has developed a patented technology whereby an electric field is used to structure and align particles in a polymer mixture. -Technical Univ. Iasi has expertise in modeling and testing kinetics of suspended nanoparticles under electromagnetic fields -All Green SRL domain of expertise lies in the production of nanostructured composites with predefined electromagnetic properties. -SINTEF Digital has expertise in development of optical system for inline process control and The project: After modeling, development and optimization of conductive films prototypes, a pilot demonstration line equipped with an inline process control system for nondestructive measurement of product quality will be developed. It will be used to demonstrate production of anisotropic conductive film at a scale large enough to allow building a business, expand and make profit out of it. The project address needs for low cost and new types of ECG electrodes using conductive pressure sensitive adhesive (PSA) as the contact medium to skin and the electronic industry where there is needs for better ACF for application in production of displays and thermal interface materials, used to transport heat away from critical components.