Technologies for printing sensors and electronics over large flexible substrates: a review

Printing sensors and electronics over flexible substrates is an area of significant interest due to low-cost fabrication and possibility of obtaining multifunctional electronics over large areas. Over the years, a number of printing technologies have been developed to pattern a wide range of electronic materials on diverse substrates. As further expansion of printed technologies is expected in future for sensors and electronics, it is opportune to review the common features, complementarities and the challenges associated with various printing technologies. This paper presents a comprehensive review of various printing technologies, commonly used substrates and electronic materials. Various solution/dry printing and contact/non-contact printing technologies have been assessed on the basis of technological, materials and process related developments in the field. Critical challenges in various printing techniques and potential research directions have been highlighted. Possibilities of merging various printing methodologies have been explored to extend the lab developed standalone systems to high-speed roll-to-roll (R2R) production lines for system level integration

Rapid annealing of Perovskite solar cell thin film materials through intense pulse light.

Perovskite solar cells (PSCs) have garnered a great attention due to their rapid efficiency improvement using cheap and solution processable materials that can be adapted for scalable high-speed automated manufacturing. Thin film perovskite photovoltaics (PVs) are typically fabricated in an inert environment, such as nitrogen glovebox, through a set of deposition and annealing steps, each playing a significant role on the power conversion efficiency (PCE), reproducibility, and stability of devices. However, atmospheric processing of PSCs would achieve lucrative commercialization. Therefore, it is necessary to utilize materials and methods that enable successful fabrication of efficient PSCs in the ambient environment. The lab scale experiments have been dominated using deposition methods, such as spin-coating or thermal evaporation in vacuum, which are not adaptable for automation; hence, taking advantage of scalable deposition methods, such as inkjet printing, is necessary for automation. Besides deposition, post process annealing is a pivotal aspect which crystallizes the thin film materials and determines the performance and stability of PSCs. Therefore, it is necessary to further investigate this step and develop new methods and utilize potential materials vi that are amenable for scalable, high-throughput, and cost-effective automated manufacturing of PSCs. Conventional methods have successfully resulted in efficient labscale PSCs using prolong and high temperature annealing; however, industrialization requires rapid annealing methods that allow for scalable, high-speed, and cost-effective manufacturing of efficient PSCs in the ambient environment. Intense pulse light is a rapid annealing method (IPL) that allows for the lucrative, scalable, and high throughput atmospheric processing of PSCs; thus, it is necessary to study the photothermal impact on the morphology and phase evolution of the thin film materials and develop ambient processable precursors that yield efficient perovskite modules. IPL exerts intermittent millisecond(s) duration flashes carrying energetic photons to anneal the material, and the parameters of flash energy, duration, count, and interval time between flashes determine the annealing extent and affect the PV performance of PSCs. This dissertation investigates the impact of these parameters on the morphology, phase change, and conductivity of the potential PSC thin films using various material characterization techniques of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), impedance spectroscopy (IS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Vis, as well as voltammetry, by introducing a novel additive and annealing approaches which allow for rapid fabrication of PSCs, and is applicable for rapid, cost-effective, and scalable automated fabrication of PSCs

Methods for Fabricating Printed Electronics with High Conductivity and High Resolution

Flexible and printable electronics are attractive techniques which are believed to be widespread and occupy huge market. However, low conductivity, nozzle clog because of the accumulation of nano-particles and relative high cost (expensive silver/copper nanoparticle inks) limit its appeal. In this thesis, two new effective and convenient methods of fabricating copper patterns with high conductivity and strong adhesion on flexible photopaper and polymer substrates (PET) are demonstrated, solving all those problems. Functional photopaper and PET substrate was prepared with inkjet printing of a palladium salt solution and hyperthermal hydrogen induced cross-linking (HHIC) polyelectrolytes onto its surface respectively, followed by electroless deposition of copper, creating high quality flexible copper patterns on different substrates. The developed technique was successfully applied for fabricating functional flexible circuits such as radio frequency identification devices (RFID) antenna, micro-inductive coil and complex circuit board

Electro-mechanical Reliability of CNT-based Conductive Films on Flexible Substrates

Leitfähige Bahnen oder Schichten auf flexiblen Substraten sind wesentliche Komponenten für die flexible Elektronik. Sie müssen bei äußeren Verformungen ihre elektrische Leitfähigkeit und mechanische Integrität erhalten. Leiterbahnen aus herkömmlichen Materialien wie Indiumzinnoxid (ITO) und Metallen haben auf flexiblen Substraten unter großen Dehnungen nur eine begrenzte Zuverlässigkeit gezeigt. In diesem Zusammenhang könnten Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften eine vielversprechende Alternative sein. Einige Studien haben berichtet, dass CNT-basierte Leiterbahnen auf flexiblen Substraten sehr großen Zugspannungen standhalten können. Es wurden jedoch nur sehr wenige systematische Studien zu ihrer elektromechanischen Zuverlässigkeit durchgeführt. Diese Doktorarbeit befasst sich mit dem elektromechanischen Verhalten von CNT-basierten Filmen bei statischen und zyklischen Verformungen und untersucht systematisch, die zugrundeliegenden Mechanismen für ihre hervorragende Zuverlässigkeit. Diese Erkenntnisse könnten für die Optimierung potenzieller flexibler Geräte unter Verwendung von CNTs wichtig sein. CNT-basierte Leiterbahnen können durch Tintenstrahldruck oder Schleuderbeschichtung hergestellt werden. Als eines der Standardsubstrate für die gedruckte Elektronik wird eine Polyethylenterephthalat (PET)-Folie als Substrat verwendet. CNT-basierte Leiterbahnen konnten erfolgreich gedruckt werden. Die elektrische Leitfähigkeit ist jedoch durch den geringeren Gehalt an CNTs in der Tinte begrenzt. Daher wurde zur Erzielung einer besseren elektrischen Leitfähigkeit eine Schleuderbeschichtung von CNT-Dispersionen angewendet. Durch eine mehrschichtige Abscheidung wurde ein Schichtwiderstand von lediglich 400 Ohm/sq. erreicht. Der wichtigste Teil dieser Doktorarbeit sind die statischen und zyklischen elektromechanischen Prüfungen sowie die Mikrostrukturcharakterisierung von CNT-basierten leitfähigen Filmen auf flexiblen Substraten. Es wurden Mikrozugversuche durchgeführt, um ihre Zuverlässigkeit unter statischen Zugspannungen zu testen, während Biegeermüdungsversuche durchgeführt wurden, um ihre Lebensdauer unter zyklischen Zugdehnungen zu bewerten. Um das elektromechanische Verhalten von CNT leitfähige Filmen unter Verformung zu untersuchen, wurden ihre Morphologie und änderungen der Mikrostruktur untersucht, indem verschiedene mikroskopische Charakterisierungsmethoden kombiniert wurden. CNT leitfähige Schichte zeigen eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit bei hohen Dehnungen von bis zu 50%. Ihre Widerstands-Dehnungs-Abhängigkeit zeigt, dass ihre intrinsischen Leitfähigkeiten durch Strecken sogar verbessert werden. Ihre Dehnbarkeit von bis zu 50% wird durch die Überbrückungswirkung von CNTs über eventuell auftretende lokale Risse begünstigt. Biegeermüdungstests ergaben ferner sehr hohe Lebensdauern der CNT Schichten. Bei kleinen Dehnungsamplituden, von 1% bis 2%, sind die CNT leitfähigen Schichten bis zu 1 Million Biegezyklen frei von Ermüdungs-schädigung, und ihre intrinsischen Leitfähigkeiten werden sogar während der zyklischen Verformung aufgrund des Kohäsionseffekts verbessert. Bei einer höheren Dehnungsamplitude von 3% können CNT Schichten ihre elektrische Leitfähigkeit bis zu 200.000 Biegezyklen aufrechterhalten, und ihr Versagen ist nur auf die Ermüdung und den Gewaltbruch des Polymersubstrats zurückzuführen, was sich als der limitierende Faktor des ganzen Systems herausstellt. Diese Ergebnisse zeigten, dass die in dieser Studie verwendeten PET-Folien nicht die optimalen flexiblen Substrate für Biegebeanspruchungen sind und alternative Substrate, die bei höheren Dehnungsamplituden (z.B. > 3%) nicht ermüden und brechen, erforderlich sind

Liquid Metal Printing with Scanning Probe Lithography for Printed Electronics

In den letzten Jahren hat das „Internet der Dinge“ (Englisch Internet of Things, abgekürzt IoT), das auch als Internet of Everything (Deutsch frei „Internet von Allem“) bezeichnet wird, mit dem Aufkommen der „Industrie 4.0“ einen Strom innovativer und intelligenter sensorgestützter Elektronik der neuen Generation in den Alltag gebracht. Dies erfordert auch die Herstellung einer riesigen Anzahl von elektronischen Bauteilen, einschließlich Sensoren, Aktoren und anderen Komponenten. Gleichzeitig ist die herkömmliche Elektronikfertigung zu einem hochkomplexen und investitionsintensiven Prozess geworden. In dem Maße, wie die Zahl der elektronischen Bauteile und die Nachfrage nach neuen, fortschrittlicheren elektronischen Bauteilen zunimmt, steigt auch die Notwendigkeit, effizientere und nachhaltigere Wege zur Herstellung dieser Bauteile zu finden. Die gedruckte Elektronik ist ein wachsender Markt, der diese Nachfrage befriedigen und die Zukunft der Herstellung von elektronischen Geräten neu gestalten könnte. Sie erlaubt eine einfache und kostengünstige Produktion und ermöglicht die Herstellung von Geräten auf Papier- oder Kunststoffsubstraten. Für die Herstellung gibt es dabei eine Vielzahl von Methoden. Techniken auf der Grundlage der Rastersondenlithografie waren dabei schon immer Teil der gedruckten Elektronik und haben zu Innovationen in diesem Bereich geführt. Obwohl die Technologie noch jung ist und der derzeitige Stand der gedruckten Elektronik im industriellen Maßstab, wie z. B. die Herstellung kompletter integrierter Schaltkreise, stark limitiert ist, sind die potenziellen Anwendungen enorm. Im Mittelpunkt der Entwicklung gedruckter elektronischer Schaltungen steht der Druck leitfähiger und anderer funktionaler Materialien. Die meisten der derzeit verfügbaren Arbeiten haben sich dabei auf die Verwendung von Tinten auf Nanopartikelbasis konzentriert. Die Herstellungsschritte auf der Grundlage von Tinten auf Nanopartikelbasis sind komplizierte Prozesse, da sie das Ausglühen (Englisch Annealing) und weitere Nachbearbeitungsschritte umfassen, um die gedruckten Muster leitfähig zu machen. Die Verwendung von Gallium-basierten, bei/nahe Raumtemperatur flüssigen Metallen und deren direktes Schreiben für vollständig gedruckte Elektronik ist immer noch ungewöhnlich, da die Kombination aus dem Vorhandensein einer Oxidschicht, hohen Oberflächenspannungen und Viskosität ihre Handhabung erschwert. Zu diesem Zweck zielt diese Arbeit darauf ab, Methoden zum Drucken von Materialien, einschließlich Flüssigmetallen, zu entwickeln, die mit den verfügbaren Druckmethoden nicht oder nur schwer gedruckt werden können und diese Methoden zur Herstellung vollständig gedruckter elektronischer Bauteile zu verwenden. Weiter werden Lösungen für Probleme während des Druckprozesses untersucht, wie z. B. die Haftung der Tinte auf dem Substrat und andere abscheidungsrelevante Aspekte. Es wird auch versucht, wissenschaftliche Fragen zur Stabilität von gedruckten elektronischen Bauelementen auf Flüssigmetallbasis zu beantworten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine auf Glaskapillaren basierenden Direktschreibmethode für das Drucken von Flüssigmetallen, hier Galinstan, entwickelt. Die Methode wurde auf zwei unterschiedlichen Wegen implementiert: Einmal in einer „Hochleistungsversion“, basierend auf einem angepassten Nanolithographiegerät, aber ebenfalls in einer hochflexiblen, auf Mikromanipulatoren basierenden Version. Dieser Aufbau erlaubt einen on-the-fly („im Fluge“) kapillarbasierten Druck auf einer breiten Palette von Geometrien, wie am Beispiel von vertikalen, vertieften Oberflächen sowie gestapelten 3D-Gerüsten als schwer zugängliche Oberflächen gezeigt wird. Die Arbeit erkundet den potenziellen Einsatz dieser Methode für die Herstellung von vollständig gedruckten durch Flüssigmetall ermöglichten Bauteilen, einschließlich Widerständen, Mikroheizer, p-n-Dioden und Feldeffekttransistoren. Alle diese elektronischen Bauelemente werden ausführlich charakterisiert. Die hergestellten Mikroheizerstrukturen werden für temperaturgeschaltete Mikroventile eingesetzt, um den Flüssigkeitsstrom in einem Mikrokanal zu kontrollieren. Diese Demonstration und die einfache Herstellung zeigt, dass das Konzept auch auf andere Anwendungen, wie z.B. die bedarfsgerechte Herstellung von Mikroheizern für in-situ Rasterelektronenmikroskop-Experimente, ausgeweitet werden kann. Darüber hinaus zeigt diese Arbeit, wie PMMA-Verkapselung als effektive Barriere gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit fungiert und zusätzlich als brauchbarer mechanischer Schutz der auf Flüssigmetall basierenden gedruckten elektronischen Bauteile wirken kann. Insgesamt zeigen der alleinstehende, integrierte Herstellungsablauf und die Funktionalität der Geräte, dass das Potenzial des Flüssigmetall-Drucks in der gedruckten Elektronik viel größer ist als einzig die Verwendung zur Verbindung konventioneller elektronischer Bauteile. Neben der Entwicklung von Druckverfahren und der Herstellung elektronischer Bauteile befasst sich die Arbeit auch mit der Korrosion und der zusätzlichen Legierung von konventionellen Metallelektroden in Kontakt mit Flüssigmetallen, welche die Stabilität der Bauteil beinträchtigen könnten. Zu diesem Zweck wurde eine korrelierte Materialinteraktionsstudie von gedruckten Galinstan- und Goldelektroden durchgeführt. Durch die kombinierte Anwendung von optischer Mikroskopie, vertikaler Rasterinterferometrie, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenphotonenspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie konnte der Ausbreitungsprozess von Flüssigmetalllinien auf Goldfilmen eingehend charakterisiert werden. Diese Studie zeigt eine unterschiedliche Ausbreitung der verschiedenen Komponenten des Flüssigmetalls sowie die Bildung von intermetallischen Nanostrukturen auf der umgebenden Goldfilmoberfläche. Auf der Grundlage der erhaltenen zeitabhängigen, korrelierten Charakterisierungsergebnisse wird ein Modell für den Ausbreitungsprozess vorgeschlagen, das auf dem Eindringen des Flüssigmetalls in den Goldfilm basiert. Um eine ergänzende Perspektive auf die interne Nanostruktur zu erhalten, wurde die Röntgen-Nanotomographie eingesetzt, um die Verteilung von Gold, Galinstan und intermetallischen Phasen in einem in das Flüssigmetall getauchten Golddraht zu untersuchen. Schlussendlich werden Langzeitmessungen des Widerstands an Flüssigmetallleitungen, die Goldelektroden verbinden, durchgeführt, was dazu beiträgt, die Auswirkungen von Materialwechselwirkungen auf elektronische Anwendungen zu bewerten

Flexible and Stretchable Electronics

Flexible and stretchable electronics are receiving tremendous attention as future electronics due to their flexibility and light weight, especially as applications in wearable electronics. Flexible electronics are usually fabricated on heat sensitive flexible substrates such as plastic, fabric or even paper, while stretchable electronics are usually fabricated from an elastomeric substrate to survive large deformation in their practical application. Therefore, successful fabrication of flexible electronics needs low temperature processable novel materials and a particular processing development because traditional materials and processes are not compatible with flexible/stretchable electronics. Huge technical challenges and opportunities surround these dramatic changes from the perspective of new material design and processing, new fabrication techniques, large deformation mechanics, new application development and so on. Here, we invited talented researchers to join us in this new vital field that holds the potential to reshape our future life, by contributing their words of wisdom from their particular perspective

Laser-assisted processing of multilayer films for inexpensive and flexible biomedical microsystems

Flexible/stretchable electronics offer ideal properties for emerging health monitoring devices that can seamlessly integrate with the soft, curvilinear, and dynamic surfaces of the human body. The resulting capabilities have allowed novel devices for monitoring physiological parameters, improving surgical procedures, and human-machine interfaces. While the attractiveness of these devices are indubitable, their fabrication by conventional cleanroom techniques makes them expensive and incompatible with rapid large-scale (e.g., roll-to-roll) production. The purpose of this research is to develop inexpensive fabrication technologies using low-cost commercial films such as polyimide, paper, and metalized paper that can be utilized for developing various flexible/stretchable physical and chemical sensors for wearable and lab-on-chip applications. The demonstrated techniques focus on an array of laser assisted surfaces modification and micromachining strategies with the two commonly used CO2 and Nd: YAG laser systems. The first section of this dissertation demonstrates the use of localized pulsed CO2 laser irradiation to selectively convert thermoset polymer films (e.g., polyimide) into electrically conductive highly porous carbon micro/nanostructures.Thisprocessprovidesauniqueandfacileapproachfordirect writing of carbonized conductive patterns on flexible polyimide sheets in ambient conditions, eliminating complexities of current methods such as expensive CVD processes and complicated formulation/preparation of conductive carbon based inks used in ink jet printing. The highly porous laser carbonized layer can be transferred to stretchable elastomer or further functionalized with various chemical substances such as ionic solutions, nanoparticles, and chemically conductive polymers to create different mechanical and chemical sensors. The second section of this dissertation describes the use of laser ablation for selective removal of material from multilayer films such as ITO-coated PET, parchment paper, and metalized paper to create disposable diagnostic platforms and in-vitro models for lab-on-chip based studies. The ablated areas were analyzed using electrical, mechanical, and surface analysis tools to understand change in physical structure and chemical properties of the laser ablated films. As proof-of-concept demonstrations of these technologies, four different devices are presented here: mechanical, electrochemical, and environmental sensors along with an in-vitro cell culture platform. All four devices are designed, fabricated, and characterized to highlight the capability of commercial laser processing systems in the production of the next generation, low-cost and flexible biomedical devices

Conductive inks and films via intense pulsed light.

This research focuses on the investigation of Earth abundant copper and carbon based nanomaterials that are subjected to Intense Pulsed Light Processing to create conductive films, as future flexible electronics and renewable energy solutions would benefit from the quick and scalable production of conductive films. Use of nanomaterials in their oxide/hydroxide forms leads to higher stability in aqueous inks for efficient large area solution deposition. IPL Processing utilized 2044 μs pulses ranging from 589 J - 2070 J over an area of 1.9 cm x 30.5 cm, with energy densities of 10.1, 12.8, 15.8, 19.2, 22.9, 26.8, 31.1 and 35.7 Jcm-2, of non-coherent white light in wavelengths ranging from UV to NIR (240 nm – 1,000 nm) through a xenon lamp. The rapid pulses induce localized temperature increases in the films, flexible plastic substrates can be used without degradation. Three different morphological systems and nanomaterials were studied: 1D (copper hydroxide nanowires), 2D (Graphene Oxide nanosheets), and 3D (cuprous oxide encapsulated by nickel oxide nanoparticles & also copper nitrate hydroxide nanoparticles). The nanomaterials were rapidly reduced into conductive films via Intense Pulsed Light Processing aided through the organic decomposition of additives, providing a reducing environment. Through inclusion of different materials and morphologies, nanoscale manipulations can lead to breakthroughs in advanced materials and additive manufacturing. Cu2O (20nm) nanoparticles encapsulated with a NiO layer were synthesized to explore protecting the Cu from oxidation and diffusion into Si based photovoltaic applications. The room temperature synthesis and IPL processes easily prevented formation of alloys at the copper-nickel interface. The encapsulation was shown to reduce Cu diffusion into Si. Copper nitrate hydroxide, Cu2(OH)3NO3, was synthesized under ambient conditions with copper nitrate and potassium hydroxide reagents and processed by IPL. Films were deposited by screen-printing and then subjected to IPL Processing. Since Cu2NO3(OH)3 isn’t a thermally stable material, initially transformed into CuO. However, when fructose or glucose were intentionally included as additives in the inks, IPL Processing provided direct conversion of the Cu2(OH)3NO3 into Cu. Between the two sugars, fructose was more advantageous as it led to faster reduction and lower sheet resistances, with the lowest sheet resistance being 0.224 Ω/□. Graphene oxide was reduced with Intense Pulsed Light Processing to explore potential towards scalable conductive films without the need for harsh/toxic reductants. The graphene oxide films on displayed a four magnitude decrease in sheet resistance from 55.1 MΩ/□. to 2280 Ω/□ after IPL. Plastic substrates required less energy to display reduction, with a four magnitude decrease in sheet resistance (62.5 MΩ/□. to 3.43 kΩ/□.) after IPL. When combined with Cu(OH)2 nanowires at weight percentages of 1.82%, 8.47%, and 32.65%, films exhibited decreased sheet resistances by 25%, 45%, and 66%, respectively

Synthesis and Drop-on-Demand Deposition of Graphene Derivative Inks for Flexible Thin Film Electronics

This dissertation presents methods for deposition and post-processing of Graphene-Carboxymethyl Cellulose (G-CMC) and Graphene Oxide (GO) aqueous functional inks using a custom drop-on-demand (DOD) printer to fabricate mechanically flexible, non-transparent and transparent thin film electronic devices. Thin films on flexible substrates find use in lightweight, low profile, and conformable electronic devices. Such devices can include chemical sensors, flexible RFID tags, bioelectronics circuits, lightweight electronics for space systems, and transparent electrodes for optoelectronic systems. The goal of this research project is to provide simple methods for fabrication of these devices using environmentally friendly and easy to synthesize functional inks. Therefore, two graphene based inks are utilized; GO and a novel Carboxymethyl Cellulose (CMC) functionalized aqueous dispersion of Graphene, G-CMC. Proposed functional inks are deposited on treated substrates by DOD printing. Deposited thin films were post-processed by use of a muffle furnace or a pulsed laser system. Furthermore, gold doped G-CMC films and G-Silver Nanoprism (G-AgNP) composite inks were developed to enhance film electrical properties. Inkjet printed films on glass substrates were characterized in terms of their electrical, optical, and mechanical properties. Correlations between film thickness, optical transmittance, and conductivity were investigated. It was possible to deposit homogeneous thin films at 100 nm to 2000 nm thickness. G-CMC films exhibited good scaling of conductance where thicker films had ~ 660 Ω/sq sheet resistance. Gold doped and G-AgNP composite semi-transparent films exhibited enhanced conductance with sheet resistances of ~ 700 Ω/sq at 35% transparency and ~ 374 Ω/sq at 50% transparency, respectively. Laser assisted treatment of samples was conducted to investigate two opportunities; pulsed laser thermal treatment and pulsed laser micromachining on rigid and flexible substrates. Effect of laser parameters was investigated to establish guidelines for thin film thermal treatment and micromachining Finally, novel flexible sensors and circuits were fabricated to demonstrate task driven performance of proposed materials and methods. Based on the presented work, proposed methods and functional inks show promise for fabricating simple electronic devices on flexible and rigid substrates. It is believed that presented advances may benefit industrial fields that require scalable and simple thin film fabrication methods

Conducting metal oxide materials for printed electronics

Printed electronics as a manufacturing process has many advantages, mainly, it allows for the high throughput rapid fabrication of thin, flexible electronic components with minimal waste. There are many printing processes that can be utilised for printing electronics and although each process can differ vastly, the materials currently used in these processes are generally the same, silver and carbon. However, to develop printing as a more mainstream manufacturing method for electronics, a wider variety of materials are required which can provide better stability and longevity of components, new functionality for printed applications and allow for in-situ processing and tuning of components. Conducting metal oxides are a good candidate for integrating into printed electronics processes, these materials are typically semiconductors, they have bandgaps, and properties can be altered via altering the band gap. They are also oxides, so they cannot oxidise further and therefore atmospheric damage is reduced compared to pure metals. They can also be fabricated into a wide range of particle morphologies, all with advantages in different fields and electronic applications. Therefore, the ability to print these materials is valuable to the field. In this thesis, the integration of conducting metal oxide electro-ceramic materials into the field of printed electronics has been explored. This was performed through the completion of five research objectives including, the selection of appropriate materials for the research, the formulation of conductive inks with the materials, the investigation of post-processing techniques for printed films and further research into passive component fabrication and sensor applications. Firstly, following an extensive literature review, four materials were selected including three doped zinc oxide materials synthesised via different methods. The fourth material is commercially sourced indium tin oxide (ITO). A nitrocellulose vehicle was determined to be the most compatible with the oxides and selected for ink formulation. Inks were then formulated with all four materials, with optical and electrical properties analysed. Gallium doped Zinc Oxide (GZO) and ITO were selected for further investigation based on the excellent conductivity of the indium tin oxide (57.77Ω□-1) and the highly transparent optical properties of the gallium doped zinc oxide (>84% transmittance). Laser processing was selected as a post processing method. It was found that the laser processing dramatically increased conductivity. The GZO improving from a non-conductive film to 10.21% of bulk conductivity. The ITO improved from 3.46% to 40.47% of the bulk conductivity. It was also found that the laser processing invoked a carbothermal reduction process allowing for a rapid manufacturing process for converting spherical particles into useful nanoparticle morphologies (nanorods, nanowires etc). Following this, resistive and capacitive applications involving laser processing and conventionally heat-treated conductive oxide inks were developed. Combining the new materials and manufacturing processes, tuneable printed resistors with a tuning range of 50 to 20M could be fabricated. All metal oxide, ITO based capacitors were also fabricated and characterised. These were then developed into humidity sensors which provided excellent humidity sensing properties, showing linearity between 5 and 95% relative humidity (RH) and sensitivities of up to 7.76pF/RH%, demonstrating higher performance than commercial equivalents (0.2 – 0.5pF/RH%). In conclusion, this work provides a breakthrough for conductive metal oxide materials research and its place in Printed Electronics research by providing insight into the processes required to make these materials conduct and by developing useful manufacturing methods, post processing techniques and applications.</div