绿色柔性喷墨打印银纳米墨水研究综述

传统导电薄膜的图形化需使用光刻工艺,涉及显影、刻蚀等多个工艺步骤,存在耗时长、器件各功能层构建复杂、成本高昂等不足。喷墨打印作为一种非真空、非接触、无掩膜、低成本、高通量、精准、便捷的桌面型沉积技术,可用于金属导线直接图形化制备,能够节约材料与时间,在柔性大面积电子器件中的应用潜力日益凸显。高性能环保导电墨水的开发是喷墨打印柔性电极制备技术最主要的瓶颈之一,其应满足无毒安全、低温烧结、高导电等需求。早期有机材料由于具有易溶液加工特性被选作可打印导体材料,如聚苯胺和PEDOT/PSS,但它们的导电性低,且化学、热、电学性质不稳定。而金墨水价格昂贵,铜墨水易氧化。相比较而言,银墨水具有高导电性、抗氧化性、稳定性以及相对合理的成本等优势,在打印电子器件领域引起了更加广泛的关注,目前已经实现商业化生产。随着电子器件在低成本、低能量消耗、高效率生产与柔性方面的需求日益增长,导电纳米银墨水的配制不仅需要考虑打印电子器件的高性能,更要满足绿色环保与低温烧结的要求。近年来,针对环保低温的高导电喷墨打印墨水制备技术,诸多研究者不仅致力于改善墨水体系,开发环保的水性墨水,还关注新型的低温烧结技术。在传统热烧结条件下,以月桂酸为分散剂、硼酸钠为还原剂的银纳米颗粒型墨水在烧结温度为125℃时电阻率为6.6μΩ·cm,而以氨水为络合剂、甲酸为还原剂的无颗粒纯溶液墨水在90℃烧结时电阻率为1.6μΩ·cm。新型烧结技术在一定程度上突破了高性能墨水喷墨打印工艺与低温烧结的限制,目前已使银电极烧结温度降低到100℃以下,电阻率低于6μΩ·cm。水性墨水的开发可减少毒性废料的产生,同时若采用多聚电解质作为分散剂,则稳定性更优于有机墨水,利于大规模生产。本文介绍了水性银纳米颗粒(SNPs)悬浮液和有机银复合物(SOC)溶液这两种水性银纳米墨水,比较了不同分散剂、络合剂、还原剂、颗粒聚集方式的墨水体系,总结了适用于柔性印刷的化学烧结、蒸气还原烧结、热水辅助烧结、光还原烧结等新型低温烧结技术。这些新型墨水体系与烧结技术有助于实现导电墨水高性能、高稳定性与柔性的统一,它们的开发和完善将极大促进柔性低温墨水和柔性打印电子器件的发展。

喷墨打印电极在薄膜晶体管中的应用

喷墨打印技术具有成本低、环境友好、效率高和直接写入等优势,被广泛应用于薄膜晶体管(TFTs)中图形化电极的制备。高密度、大尺寸、柔性和低能耗电子器件的快速发展,对打印电极质量提出了更高的要求。文章对导电墨水、喷墨打印技术及喷墨打印电极工艺优化进行了总结,并指出了现阶段喷墨打印电极在薄膜晶体管应用中存在的问题及今后的研究方向。

压电波形对喷墨打印电极的调控规律

压电喷墨打印是制备印刷电子器件的主要手段之一,其墨滴喷射状态直接受压电波形的影响,因而压电波形对于器件打印具有重要意义。本文主要研究了压电波形对薄膜晶体管(TFT)电极打印效果的影响,实验通过改变压电波形的加压速率和脉冲持续时间,打印得到了一系列的电极样品,并对其图形效果及表面粗糙度进行了测量。实验表明,随着加压速率和脉冲持续时间的增大,墨滴喷出动能增大,最终打印的图形效果先改善后恶化,表面粗糙度则随之增大。在加压速率取值为0.08~1.65 V/μs、脉冲持续时间取值为1.216~2.688μs的区间内得到了失真程度较小的电极图形,在加压速率及脉冲持续时间分别为0.25 V/μs、2.688μs及0.65 V/μs、1.600μs时,电极图形化效果较好,表面粗糙度分别为59.04 nm和59.27 nm。通过对压电波形参数的合理设置,能够实现对打印图形效果的优化。

柔性电极的喷墨印刷制备

相对传统制备方法,喷墨印刷作为一种低成本、直接图形化、无接触的薄膜沉积技术,可将导电材料直接在衬底上图形化,从而大幅节约时间和材料成本,在柔性器件生产中显示出巨大的潜力。为了满足柔性电子低温制备的需求,喷墨印刷制备柔性电极不仅要考虑高性能低温型导电墨水的制备,还要关注烧结技术的低温应用。本文对柔性电极的喷墨印刷制备技术的研究进展进行了总结,分别对导电材料和烧结技术的低温应用进行介绍并分析现阶段存在的问题,并对喷墨印刷柔性电极的未来发展方向进行了展望。