專利名稱：一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液膜打印成型工藝，尤其涉及一種增加電子材料噴墨印刷平整度、以消除電子材料液膜凹凸不平現(xiàn)象的印后處理方法。
背景技術：
噴墨打印是指在計算機控制下將油墨噴射到襯底上并構成圖案的印刷工藝。由于噴墨打印無需預先制版，且在打印過程中噴頭本身不與承印材料直接接觸，因此該法在印刷電子領域獲得了廣泛的關注。與其它接觸式的印刷工藝相比，噴墨打印在印刷電子生產中具有以下幾方面的優(yōu)勢。1、噴墨打印無需與承印材料發(fā)生接觸就能完成油墨的印刷。這樣一方面顯著減少了傳統(tǒng)的接觸式印刷工藝對承印基底的可彎曲度、粗糙度和強度等方面的限制，另一方面也避免了噴頭與承印材料之間可能存在的接觸傷害或者交叉污染，更適合用于在易損壞或者易污染的承印材料上的器件制備。2、噴墨打印無需提前制版，允許用戶利用電子計算機將所設計的圖案立即付諸打印，并可以做到即時修改設計。因此該法節(jié)約了制版等印前工藝所需的資金和時間成本，在小批量、個性化的印刷方案上優(yōu)勢尤其明顯。3、噴墨打印可以打印黏度很低的水狀油墨。目前印刷電子器件所用的高性能功能油墨一般為高純度的液相分散體系，黏度一般小于40cP，某些溶液的黏度甚至僅有IcP左右，遠遠低于大部分接觸式印刷工藝對油墨黏度的最低要求。而噴墨打印正好適用于這類低黏度油墨，從而填補了傳統(tǒng)印刷方法在超低黏度油墨領域的空白。4、相對于有版印刷工藝的供墨方式，噴墨打印在生產過程中的油墨消耗量更少， 有利于節(jié)約原材料和降低成本。同時超低量油墨消耗也意味著溶劑揮發(fā)的減少，對于工廠操作人員來說毒性更小，環(huán)境更為友好。5、對于傳統(tǒng)的有版印刷而言，一塊印版通常只能印刷一種材料，多種材料的套印只能通過多印版套印來實現(xiàn)，生產線被迫拉長而且印版之間需要精密套準。而噴墨打印則可以在計算機的統(tǒng)一控制下，將本需要多道工序套印的生產過程簡化為多噴頭同時打印， 大幅降低了工藝難度。特別是在印刷零星分布的小面積圖案時，噴墨打印工藝的優(yōu)勢更為明顯。有鑒于上述優(yōu)勢，過去十幾年中噴墨打印工藝在電子制造領域獲得了長足的進步。特別值得強調的是，噴墨式印刷方法所具有的使用簡單、耗費材料少、無需制版、承印材料范圍廣等特點決定了該法尤其適合在實驗室中使用。因此該方法成為學術界研究印刷電子器件最熱門的印刷方法，在產業(yè)界也已經得到了廣泛的關注。然而，為防止細小的噴嘴被油墨堵塞，噴墨打印對所用電子油墨的性質有著苛刻的要求，必須采用低黏度、低表面張力、而且揮發(fā)性相對較差的液相油墨。這類電子油墨即使已經打印形成均勻的液膜，在干燥過程中也會因為復雜的物理過程而變得凹凸不平，對所打印材料的最終成膜質量提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。其中學術界研究最廣泛的是“咖啡環(huán)效應”，即均勻的液膜在干燥后形成四周高中間低的特殊形貌。為抑制這一效應，世界各國科學家從油墨的黏度、表面張力、揮發(fā)性、襯底表面能、襯底溫度、溶質微觀形態(tài)等角度展開了廣泛的學術研究，但目前所取得的成果應用范圍均比較窄，很難從根本上解決問題。另外， 其它因素如溶劑揮發(fā)不均勻等也會造成最終產物的凹凸不平，嚴重影響了薄膜在電子器件方面的應用。為獲得比較平整的噴墨打印薄膜，目前最常見的做法是在油墨中添加一系列輔助成分，如表面活性劑、填充料、紫外固化材料等。但這些添加材料本身通常不具備良好的電學性質，有可能會進一步降低噴墨打印所制備器件的電性能。而快速加熱的方法雖然理論上可以提高薄膜的平整度，卻有可能在電子材料中引入大量的缺陷，影響器件的性能。

發(fā)明內容
針對傳統(tǒng)技術噴墨打印法在薄膜平整度上的不足，本發(fā)明的目的旨在提出一種后處理方法，以實現(xiàn)液膜黏度的顯著增加，進而在干燥過程中保持薄膜的平整。為了解決以上技術問題，本發(fā)明一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于對噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5°C以下。進一步地，所述低溫干燥處理泛指通過降溫措施抑制油墨流動性的去除溶劑部分工藝，通過降低環(huán)境氣壓加快處理速度，處理期間所述溶劑部分的為固態(tài)或液態(tài)。進一步地，所述低溫干燥處理去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足標準成膜質量。此外，所述后處理方法還包括對低溫干燥處理后的電子材料液膜進行常溫或加熱干燥處理。進一步地，所述電子材料至少為金屬導體、導電聚合物、無機半導體、有機/聚合物半導體、聚合物絕緣材料和無機絕緣材料中的一種或多種；所述噴墨打印泛指直接將電子材料的油墨噴射至襯底上的工藝，噴墨打印原理至少為熱噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨、電流體動力學噴墨或氣溶膠噴墨中的一種；所述襯底至少為陶瓷、玻璃、硅片、塑料薄膜或金
jM ο實施本發(fā)明的有益效果為通過低溫干燥處理，可在現(xiàn)有的電子油墨和打印工藝的基礎上有效消除或減少噴墨打印所制備電子薄膜中的凹凸不平現(xiàn)象，有利于印刷電子產品質量的提高。
具體實施例方式以下結合具體實施方式

對本發(fā)明作進一步的說明，以使本發(fā)明創(chuàng)新實質便于理解，但這些相關的實施例說明并不構成對本發(fā)明使用范圍的限制。本發(fā)明突破傳統(tǒng)噴墨打印技術在薄膜平整度上的不足，創(chuàng)新提出了一種后處理方法，以實現(xiàn)液膜黏度的顯著增加，進而在干燥過程中保持薄膜的平整。實現(xiàn)上述目的的技術解決方案為對噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5°C以下。該低溫干燥處理泛指通過降溫措施抑制油墨流動性的去除溶劑部分工藝，通過降低環(huán)境氣壓加快處理速度，處理期間所述溶劑部分的為固態(tài)或液態(tài)。該低溫干燥處理僅去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足增加材料黏度而不影響最終成膜質量為標準。此外，該后處理方法還可以包括對低溫干燥處理后的電子材料液膜進行常溫或加熱干燥處理。上述電子材料至少為金屬導體、導電聚合物、無機半導體、有機/聚合物半導體、 聚合物絕緣材料和無機絕緣材料中的一種或多種；上述噴墨打印泛指直接將電子材料的油墨噴射至襯底上的工藝，噴墨打印原理至少為熱噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨、電流體動力學噴墨或氣溶膠噴墨中的一種；上述襯底至少為陶瓷、玻璃、硅片、塑料薄膜或金屬。通過本發(fā)明后處理方法，尤其是低溫干燥處理可在現(xiàn)有的電子油墨和打印工藝的基礎上有效消除或減少噴墨打印所制備電子薄膜中的凹凸不平現(xiàn)象，有利于印刷電子產品質量的提高，具體處理實施例如下。實施例1
聚酰亞胺薄膜先后浸泡在乙醇、異丙醇和水中各超聲10-30分鐘，取出后用高純氮氣吹干。以此薄膜為柔性襯底，通過壓電式噴墨法打印固含量為1. 3%左右的PED0T-PSS水溶液，以獲得長度、寬度、厚度分別為1200μπι、500μπι和10 μ m的電極圖案。打印過程中工作臺溫度保持常溫，運動速度盡量減慢，以保證液體薄膜的質量。將完成上述步驟的產品放入冷凍干燥器中，在50-100 真空條件下對樣品進行冷凍干燥，設備內擱板的溫度控制在_15°C到-20°C之間，反應時間控制在0. 5-5分鐘范圍內。樣品解凍后PED0T-PSS的濃度顯著增加，固含量達到35%到50%左右，流動性則相應降低。將樣品置于120°C的烘箱中加熱干燥，薄膜可以保持平整光滑直至徹底烘干。實施例2
切割成3cm長、5cm寬的玻璃片先后浸泡在乙醇、異丙醇和水中各超聲10-30分鐘，取出后用高純氮氣吹干。以此玻璃片為襯底，采用固含量為5%左右、水-乙二醇混合溶劑的納米銀墨水，通過氣溶膠式噴墨法打印獲得長度、寬度、厚度分別為2000微米、400微米和12 微米的電極圖案。打印過程中工作臺溫度保持常溫，運動速度維持在0. 5-2毫米每秒，以保證液體薄膜的質量。將完成上述步驟的產品放入冷凍干燥器中，在20-50 真空條件下對樣品進行冷凍干燥，設備內擱板的溫度控制在-20°C到-30°C之間，反應時間控制在2-10分鐘范圍內。 樣品解凍后銀墨水的濃度顯著增加，固含量達到60%到80%左右，墨水的流動性也相應降低。將樣品置于150°C的烘箱中加熱干燥，薄膜可以保持平整直至徹底烘干。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于對噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5°C以下。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述低溫干燥處理泛指通過降溫措施抑制油墨流動性的去除溶劑部分工藝，通過降低環(huán)境氣壓加快處理速度，處理期間所述溶劑部分為固態(tài)或液態(tài)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述低溫干燥處理去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足標準成膜質量。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述后處理方法還包括對低溫干燥處理后的電子材料液膜進行常溫或加熱干燥處理。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述電子材料至少為金屬導體、導電聚合物、無機半導體、有機/聚合物半導體、聚合物絕緣材料和無機絕緣材料中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述噴墨打印泛指直接將電子材料的油墨噴射至襯底上的工藝，噴墨打印原理至少為熱噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨、電流體動力學噴墨或氣溶膠噴墨中的一種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述襯底至少為陶瓷、玻璃、硅片、塑料薄膜或金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5℃以下，泛指通過降溫措施抑制油墨流動性的去除溶劑部分工藝，處理期間所述溶劑部分的為固態(tài)或液態(tài)。并且該低溫干燥處理僅去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足標準成膜質量。實施本發(fā)明后處理工藝的效果顯著，簡言之即為通過低溫干燥處理，可在現(xiàn)有的電子油墨和打印工藝的基礎上有效消除或減少噴墨打印所制備電子薄膜中的凹凸不平現(xiàn)象，有利于印刷電子產品質量的提高。
文檔編號B41J2/01GK102529479SQ201110436280
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者崔錚, 林劍, 陳征 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所