Electrowetting on dielectrics for copper based flexible technology

The goal of this thesis project is to realize a flexible substrate on which is possible to perform electrowetting. Electrowetting is a technique, which allows to modify the wettability of a surface through the action of an electric filed. The possibility of modifying the drops shape without any mechanical device but only by means of electrical charges finds application in the production of some optical devices such variable focal lenses and paper-like displays. The substrate taken in exam consisted in a thin PET sheet, on which a Nickel layer was plated by electroless deposition, then a Copper layer was electroplated and subsequently anodized, afterwards the plate was coated with Teflon AF1600 and electrowetting phenomenon was tested. Great attempts were done to make all the processes compatible with the polymeric substrate. Copper and its oxides are a novelty in electrowetting applications, so before realizing the flexible substrate, a deep study has been carried out about the anodizing process on pure copper plates. In order to have the best adherence and the best performances, the oxide layer must be compact and non-porous. A series of parameters such as current density, temperature and anodizing time were selected to be varied in galvanostatic condition in order to get a suitable oxide layer. The oxide characterization has been performed by SEM, XRD and GDOES analysis, observing the effect of the different anodizing conditions on the oxide contact angle, thickness, composition and morphology and then, on electrowetting saturation and hysteresis. Electrochemical characterization was performed to monitor the voltage transients occurring during the anodizing process. The solution taken in exam for the electrochemical anodizing of copper was a 2mol/L NaOH water solution. The anodizing process was carried out from 2mA/cm2 to 16mA/cm2, at 90°C and 60°C and from 1 minute to 7 minutes.

Lo scopo di questo progetto di tesi è realizzare un substrato flessibile sul quale possa essere possibile osservare electrowetting. L’electrowetting è una tecnica che permette di modificare la bagnabilità di una superficie mediante l’azione di un campo elettrico. La possibilità di modificare la forma di una goccia senza alcun dispositivo meccanico ma semplicemente attraverso l’applicazione di un campo elettrico trova applicazione nella produzione di dispositivi ottici come lenti a focalizzazione variabile e display. Il substrato preso in considerazione consiste in una sottile lamina di PET sul quale è stato deposto uno strato di Nichel mediante deposizione electroless, dopodiché uno strato di Rame è stato ottenuto attraverso elettrodeposizione e successivamente è stato anodizzato; il campione è stato poi rivestito con Teflon AF1600 e ed è stato osservato electrowetting. Grandi sforzi sono stati fatti per cercare di rendere tutti i processi compatibili con il substrato polimerico. Il Rame ed i suoi ossidi consistono in una novità per le applicazioni electrowetting, per cui prima della realizzazione del substrato flessibile, è stato effettuato un profondo studio sul processo di anodizzazione del Rame su lamine di Rame puro. Per ottenere la migliore aderenza e le migliori prestazioni lo strato di ossido deve essere compatto e non poroso. Una serie di parametri come densità di corrente, temperatura e tempo di anodizzazione sono stati selezionati per essere studiati in galvanostatica con lo scopo di ottenere un ossido adatto. La caratterizzazione dell’ossido è stata effettuata mediante SEM, XRD e GDOES. In particolare si è osservato l’effetto delle diverse condizioni di anodizzazione su angolo di contatto dell’ossido, spessore, composizione, morfologia e prestazioni a elettrowetting. È stata condotta una caratterizzazione della soluzione elettrolitica per monitore i transitori di voltaggio che hanno luogo durante il processo di anodizzazione. La soluzione presa in esame per l’anodizzazione del Rame è stata una soluzione acquosa con NaOH 2mol/L. Il processo di anodizzazione è stato svolto con densità di corrente da 2mA/cm2 a 16 mA/cm2 a 60°C e a 90°C, da 1 minuto a 7 minuti.