本發(fā)明涉及噴墨打印用的墨水配方技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鋅基納米顆粒墨水及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅是一種寬禁帶直接帶隙的Ⅱ－Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，是一種重要的半導(dǎo)體光電子材料。在電學(xué)上表現(xiàn)為n型導(dǎo)電類型，電阻率低至10-4Ω/cm。由于其具有優(yōu)良的光電特性，因而在光電器件上有很大的應(yīng)用價(jià)值，如它對(duì)可見(jiàn)光的高透過(guò)率，可用作透明導(dǎo)電涂層；具有光電效應(yīng)，能用于紫外激光器件和太陽(yáng)能電池等；具有良好的電子傳輸性能，用作有機(jī)電致發(fā)光（OLED）和量子點(diǎn)電致發(fā)光（QLED）等平板顯示器件的電荷傳輸材料。
納米氧化鋅是一種多功能性的新型無(wú)機(jī)材料，其粒徑大小約在1～100納米。納米氧化鋅同時(shí)具有納米材料和氧化鋅的雙重特性。由于晶粒的細(xì)微化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)以及高透明度、高分散性等特點(diǎn)。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)它在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、催化等方面展現(xiàn)出許多特殊功能，使其在光電轉(zhuǎn)換、光電子器件、平板顯示、圖像記憶材料、催化劑、抗菌劑和防曬劑等諸多方面具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的應(yīng)用價(jià)值，具有普通氧化鋅所無(wú)法比較的特殊性和用途。更重要的是納米氧化鋅可以分散到有機(jī)溶劑中，提供了采用基于溶液進(jìn)行后期加工工藝的可能性，例如采用噴涂、刮涂、噴墨打印等基于溶液的工藝方法實(shí)現(xiàn)在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。
通過(guò)納米氧化鋅在合成過(guò)程中摻雜，可以生成氧化鋅基納米顆粒材料。例如，利用兩種甚至多種半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶和價(jià)帶的差異，或者雜質(zhì)能級(jí)的引入，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)納米氧化鋅的特性，使氧化鋅基納米顆粒具有更好性能，滿足更多領(lǐng)域的應(yīng)用。
噴墨打印（Ink-jet printing）技術(shù)近年來(lái)在光電子器件制造得到廣泛的研究和應(yīng)用，特別是用作平板顯示器件，例如OLED和QLED顯示制造技術(shù)中被認(rèn)為是解決高成本和實(shí)現(xiàn)大面積的有效途徑，這種技術(shù)可結(jié)合基于溶液的功能性材料和先進(jìn)的噴墨打印設(shè)備來(lái)制作OLED或QLED顯示屏，可提高材料的利用率和生產(chǎn)效率，降低制造成本，提高產(chǎn)能。但噴墨打印設(shè)備對(duì)墨水要求較高，例如合適的沸點(diǎn)、粘度、表面張力、以及分散均勻穩(wěn)定的溶質(zhì)，給墨水配制帶來(lái)較大的困難。
由于氧化鋅基納米顆粒具有比表面積大和比表面能大等特點(diǎn)，自身易團(tuán)聚；另一方面，納米氧化鋅表面極性較強(qiáng)，在有機(jī)介質(zhì)中不易均勻分散。通常將這類材料分散在甲醇、乙醇等極性較強(qiáng)的短碳鏈一元醇中，這類氧化鋅基納米溶液粘度低且揮發(fā)速度過(guò)快，不適合噴墨打印要求。
因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋅基納米顆粒墨水及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有氧化鋅基納米顆粒墨水粘度低且揮發(fā)速度過(guò)快，不適合噴墨打印要求的問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，按重量百分比計(jì)，包括如下組分：
氧化鋅基納米顆粒：0.01-20.0%；
溶劑：80.0-99.99%，所述溶劑包含至少一種醇醚類溶劑。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，所述溶劑還包含至少一種小分子醇類溶劑，所述小分子醇類溶劑構(gòu)成溶劑總重量的0-40.0%。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，室溫條件下，所述氧化鋅基納米顆粒墨水的粘度范圍為1cP-40cP。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，室溫條件下，所述氧化鋅基納米顆粒墨水的表面張力范圍為20-60mN/m。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，所述氧化鋅基納米顆粒的粒徑為1-100nm。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，所述氧化鋅基納米顆粒為ZnO納米粒子、ZnO納米粒子與其它金屬離子摻雜或氧化物摻雜形成的二元復(fù)合體系或三元復(fù)合體系氧化物納米粒子中的一種。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，所述醇醚類溶劑為乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇正丙醚、丙二醇異丙醚、丙二醇正丁醚、丙二醇叔丁醚、二乙二醇醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇己醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇丁醚、三乙二醇乙醚、三丙二醇甲醚、三丙二醇丁醚中的至少一種。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，所述醇醚類溶劑為沸點(diǎn)范圍150℃-250℃的醇醚類溶劑。
所述的氧化鋅基納米顆粒墨水，其中，所述小分子醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、異戊醇、仲戊醇、仲異戊醇、3-戊醇、叔戊醇、環(huán)戊醇、2-甲基-1-丁醇（旋光性戊醇）、2-甲基戊醇、4-甲基-2-戊醇、正己醇、2-己醇、環(huán)己醇、2-乙基丁醇、2-甲基戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-乙基-3-戊醇、正庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-乙基己醇、2-甲基環(huán)己醇、正辛醇、2-辛醇、3,5,5-三甲基己醇中的至少一種。
一種如上任一所述的氧化鋅基納米顆粒墨水的制備方法，其中，包括步驟：首先按照上述配方將氧化鋅基納米顆粒分散在醇醚類溶劑中，然后充分振蕩或攪拌，獲得氧化鋅基納米顆粒墨水。
有益效果：本發(fā)明在上述配方下，獲得的氧化鋅基納米顆粒墨水具有合適的粘度、表面張力和溶劑揮發(fā)速率，且分散均勻穩(wěn)定，可以滿足噴墨打印要求。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種氧化鋅基納米顆粒墨水及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種氧化鋅基納米顆粒墨水，其按重量百分比計(jì)，包括如下組分：氧化鋅基納米顆粒：0.01-20.0%； 溶劑：80.0-99.99%，所述溶劑包含至少一種醇醚類溶劑。優(yōu)選地，所述氧化鋅基納米顆粒的用量為氧化鋅基納米顆粒墨水總重量的1-8%。在上述配方下，本發(fā)明獲得的氧化鋅基納米顆粒墨水具有合適的粘度、表面張力和溶劑揮發(fā)速率，且分散均勻穩(wěn)定，可以滿足噴墨打印要求。具體地，室溫條件下，本發(fā)明所述氧化鋅基納米顆粒墨水的粘度范圍為1cP-40cP，優(yōu)選地，所述氧化鋅基納米顆粒墨水的粘度范圍為2cP-20cP。室溫條件下，本發(fā)明所述氧化鋅基納米顆粒墨水的表面張力范圍為20-60mN/m，優(yōu)選地，所述氧化鋅基納米顆粒墨水的表面張力范圍為25-40mN/m。
現(xiàn)有氧化鋅基納米顆粒墨水基本上都是將氧化鋅基納米顆粒直接分散在有機(jī)溶劑中，得到的氧化鋅基納米顆粒墨水粘度低且揮發(fā)速度過(guò)快，不適合噴墨打印要求。本發(fā)明通過(guò)將氧化鋅基納米顆粒分散在醇醚類溶劑中，使獲得的氧化鋅基納米顆粒墨水具有合適的粘度、表面張力和溶劑揮發(fā)速率，且分散均勻穩(wěn)定，從而能夠滿足噴墨打印要求。這是因?yàn)榇济杨惾軇┦且活惡趸钚匀軇?，采用本發(fā)明上述配方，一方面可以使氧化鋅基納米顆粒穩(wěn)定的分散在溶劑中，另一方面可以通過(guò)醇醚類溶劑的作用，調(diào)節(jié)墨水溶劑的粘度、表面張力、減緩溶劑的揮發(fā)速度，滿足噴墨打印對(duì)墨水的要求，且這種墨水的氧化鋅基納米顆粒可以均勻穩(wěn)定的分散在溶劑中。本發(fā)明所述醇醚類溶劑可從氧化鋅基納米顆粒墨水中蒸發(fā)，去除后形成氧化鋅基納米材料薄膜或其它固態(tài)形式。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述溶劑還可以包含至少一種小分子醇類溶劑，所述小分子醇類溶劑構(gòu)成溶劑總重量的0-40.0%。換句話說(shuō)，除了所述醇醚類溶劑，本發(fā)明溶劑還可以包含另外一種或幾種小分子醇類溶劑。醇醚類溶劑是一類含氧活性溶劑，采用本發(fā)明上述配方，一方面可以使氧化鋅基納米顆粒穩(wěn)定的分散在溶劑中，另一方面可以通過(guò)醇醚類溶劑與短鏈醇類溶劑相互作用，調(diào)節(jié)墨水溶劑的粘度、表面張力、減緩溶劑的揮發(fā)速度，滿足噴墨打印對(duì)墨水的要求，且這種墨水的氧化鋅基納米顆粒可以均勻穩(wěn)定的分散在上述溶劑中。所述醇醚類溶劑和小分子醇類溶劑可從氧化鋅基納米顆粒墨水中蒸發(fā)，去除后形成氧化鋅基納米顆粒薄膜或其它固態(tài)形式。室溫條件下，本發(fā)明所述醇醚類溶劑和小分子醇類溶劑的粘度范圍在0.5-30cP之間，表面張力范圍在20-80mN/m之間。
本發(fā)明所述氧化鋅基納米顆粒的粒徑可以為1-100nm。優(yōu)選地，所述氧化鋅基納米顆粒的粒徑為2-10nm。
本發(fā)明所述氧化鋅基納米顆?？梢詾閆nO納米粒子、也可以是ZnO納米粒子與其它金屬離子摻雜或氧化物摻雜形成的二元復(fù)合體系或三元復(fù)合體系氧化物納米粒子。例如，二元復(fù)合體系氧化物納米粒子可以為ZnxMg1-xO或ZnO-MgO、ZnxWyO或ZnO-W2O3、ZnxTiyO或ZnO-TiO2、ZnxNiyO或ZnO-NiO、ZnxSnyO或ZnO-SnO2等，三元體系氧化物納米粒子可以為ZnxTiySnzO或ZnO-TiO2-SnO2、ZnxMgyTizO或ZnO-MgO-TiO2等。
本發(fā)明所述醇醚類溶劑至少有一個(gè)醚鍵-O-和一個(gè)醇羥基-OH，可以包含二元醇醚類溶劑及多元醇醚類溶劑。優(yōu)選地，所述醇醚類溶劑為乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇正丙醚、丙二醇異丙醚、丙二醇正丁醚、丙二醇叔丁醚、二乙二醇醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇己醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇丁醚、三乙二醇乙醚、三丙二醇甲醚、三丙二醇丁醚等中的至少一種。更優(yōu)選地，本發(fā)明所述醇醚類溶劑為沸點(diǎn)范圍150℃-250℃的醇醚類溶劑，以確保所述醇醚類溶劑可從氧化鋅基納米顆粒墨水中蒸發(fā)。
本發(fā)明所述小分子醇類溶劑可以為一元醇R-OH或多元醇R’-(OH)x。其中x為正整數(shù)。
其中，R可以任意獨(dú)立地為烷基、環(huán)烷基。烷基及環(huán)烷基包括甲基、乙基、丙基、丁基、環(huán)丁基、戊基、環(huán)戊基、己基、環(huán)己基、庚基、環(huán)庚基、辛基、環(huán)辛基、壬基、環(huán)壬基、癸基、環(huán)癸基及其同分異構(gòu)體。且所有基團(tuán)均可以是取代的或未取代的。例如但不限于烷基、芳基的任意取代的基團(tuán)，可以用一個(gè)或多個(gè)相同或不同的取代基進(jìn)行取代。合適的取代基包括烷基、芳基。
R’為含有2個(gè)碳原子或以上的任意獨(dú)立地為烷基、環(huán)烷基。烷基及環(huán)烷基包括乙基、丙基、丁基、環(huán)丁基、戊基、環(huán)戊基、己基、環(huán)己基、庚基、環(huán)庚基、辛基、環(huán)辛基、壬基、環(huán)壬基、癸基、環(huán)癸基及其同分異構(gòu)體。且所有基團(tuán)均可以是取代的或未取代的。例如但不限于烷基、芳基的任意取代的基團(tuán)，可以用一個(gè)或多個(gè)相同或不同的取代基進(jìn)行取代。合適的取代基包括烷基、芳基。
R-OH一元醇包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、異戊醇、仲戊醇、仲異戊醇、3-戊醇、叔戊醇、環(huán)戊醇、2-甲基-1-丁醇（旋光性戊醇）、2-甲基戊醇、4-甲基-2-戊醇、正己醇、2-己醇、2-乙基丁醇、2-甲基戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-乙基-3-戊醇、正庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-乙基己醇、2-甲基環(huán)己醇、正辛醇、2-辛醇、3,5,5-三甲基己醇、壬醇、2,6-二甲基-4-庚醇、正癸醇、5-乙基-2-壬醇、十一醇、5-乙基-2-壬醇、十二烷醇（月桂醇）、三甲基壬醇、環(huán)己醇、順-2-甲基環(huán)己醇、順-3-甲基環(huán)己醇、順-4-甲基環(huán)乙醇、2-丁氧基乙醇、苯甲醇、α-苯乙醇、β-苯乙醇。
R’-(OH)x多元醇包括乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-丁烯-1,4-二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2，3-二甲基-2,3-丁二醇、2-乙基-1,3-己二醇、丙三醇、1,2,4-丁三醇、1,2,6-己三醇、季戊四醇等小分子多元醇。
優(yōu)選地，所述小分子醇類溶劑可以為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、異戊醇、仲戊醇、仲異戊醇、3-戊醇、叔戊醇、環(huán)戊醇、2-甲基-1-丁醇（旋光性戊醇）、2-甲基戊醇、4-甲基-2-戊醇、正己醇、2-己醇、環(huán)己醇、2-乙基丁醇、2-甲基戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-乙基-3-戊醇、正庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-乙基己醇、2-甲基環(huán)己醇、正辛醇、2-辛醇、3,5,5-三甲基己醇中的至少一種。更優(yōu)選地，所述小分子醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、正辛醇等。
本發(fā)明還提供一種如上任一所述的氧化鋅基納米顆粒墨水的制備方法較佳實(shí)施例，其包括步驟：首先按照上述配方將氧化鋅基納米顆粒分散在醇醚類溶劑中，然后充分振蕩或攪拌，獲得氧化鋅基納米顆粒墨水。
本發(fā)明還提供一種如上任一所述的氧化鋅基納米顆粒墨水的制備方法另一較佳實(shí)施例，其包括步驟：
A、首先按照上述配方將氧化鋅基納米顆粒分散在醇醚類溶劑中；
B、再在攪拌條件下，加入小分子醇類溶劑，獲得氧化鋅基納米顆粒墨水。
本發(fā)明上述所獲得的氧化鋅基納米顆粒墨水均具有合適的粘度、表面張力和溶劑揮發(fā)速率，且分散均勻穩(wěn)定，可以滿足噴墨打印要求。
本發(fā)明氧化鋅基納米顆?？刹捎靡合喾ㄖ苽洌抑苽溥^(guò)程中可加入復(fù)合型表面活性劑以改善氧化鋅基納米顆粒的分散性。
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明(wt%為重量百分比）。
實(shí)施例1
ZnO納米顆粒墨水，溶劑組合采用三元系配方，重量百分比分別為：乙二醇丁醚80%、乙醇12%、乙二醇8%。
ZnO納米顆粒可采用液相法制備，且制備過(guò)程中可加入復(fù)合型表面活性劑以改善ZnO納米顆粒的分散性。
醇醚類溶劑采用乙二醇丁醚，沸點(diǎn)為171℃，粘度為3.15cP，表面張力為27.4mN/m，密度為0.90克/毫升；短碳鏈醇類溶劑采用乙醇和乙二醇組合，其中乙醇沸點(diǎn)為78.3℃，粘度為1.17cP，表面張力為21.97mN/m，密度為0.79克/毫升；乙二醇沸點(diǎn)為197℃，粘度為25.66cP，表面張力為46.5mN/N，密度為1.12克/毫升。加入乙二醇的目的是進(jìn)一步調(diào)節(jié)墨水粘度和表面張力。
液相法制備的ZnO納米顆粒溶液加入沉淀劑并經(jīng)離心分離并干燥，量取ZnO納米顆粒2克，待用。量取11.76克乙醇，倒入200毫升的單口燒瓶中，然后將2克ZnO納米顆粒倒入甲醇中，并充分振蕩或攪拌，使ZnO顆粒分散到乙醇中，然后加入7.84克乙二醇，充分振動(dòng)或攪拌，最后加入78.4克乙二醇丁醚，并充分振蕩或攪拌，配制成100g克ZnO的重量百分比濃度為2%的ZnO納米顆粒墨水。該ZnO納米顆粒墨水的粘度為3-7cP之間，表面張力25-32mN/m之間。
實(shí)施例2
ZnxMg1-xO納米顆粒墨水，溶劑采用二乙二醇丁醚和乙醇二元系配方，其中二乙二醇丁醚占溶劑總重量的90%，乙醇占溶劑總重量的10%。
ZnxMg1-xO納米顆?？刹捎靡合喾ㄖ苽?，且制備過(guò)程中可加入復(fù)合型表面活性劑以改善ZnxMg1-xO納米顆粒的分散性。
醇醚類溶劑采用二乙二醇丁醚，沸點(diǎn)為230.4℃，粘度為6.49cP，表面張力為33.6mN/m，密度為0.95克/毫升；短碳鏈醇類溶劑采用乙醇，乙醇沸點(diǎn)為78.3℃，粘度為1.17cP，表面張力為21.97mN/m，密度為0.79克/毫升；液相法制備的ZnxMg1-xO納米顆粒溶液加入沉淀劑并經(jīng)離心分離并干燥，稱取ZnxMg1-xO納米顆粒1克，待用。量取9.9克乙醇，倒入200毫升的單口燒瓶中，然后將1克ZnxMg1-xO納米顆粒倒入乙醇中，并充分振蕩或攪拌，使ZnxMg1-xO顆粒分散到乙醇溶液中。然后后加入89.1克二乙二醇丁醚，并充分振蕩或攪拌，配制100克ZnxMg1-xO的重量百分比濃度為1%的ZnxMg1-xO納米顆粒墨水。該ZnxMg1-xO納米顆粒墨水的粘度為3-6cP之間，表面張力25-31mN/m之間。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種氧化鋅基納米顆粒墨水及其制備方法，其按重量百分比計(jì)，包括如下組分：氧化鋅基納米顆粒：0.01-20.0%； 溶劑：80.0-99.99%，所述溶劑包含至少一種醇醚類溶劑。在上述配方下，本發(fā)明獲得的氧化鋅基納米顆粒墨水具有合適的粘度、表面張力和溶劑揮發(fā)速率，且分散均勻穩(wěn)定，可以滿足噴墨打印要求。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。