利用膠乳液制備有機(jī)功能材料圖案的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機(jī)材料層的加工制備方法和應(yīng)用，特別是涉及一種圖案化的有機(jī)功能材料層的制備方法和應(yīng)用，應(yīng)用于現(xiàn)代電子功能材料及器件制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)功能材料是具有光、電、磁物理性能的有機(jī)分子和聚合物以及由有機(jī)材料所組成的信息和能量轉(zhuǎn)換器件的有機(jī)固體材料的統(tǒng)稱。
[0003]有機(jī)功能材料以其獨(dú)有的功能性、易加工性、經(jīng)濟(jì)性等性質(zhì)而比金屬、陶瓷更富有競(jìng)爭(zhēng)性。以功能特性劃分的各類電子材料及器件構(gòu)成了新型的電子敏感材料及傳感器、壓電鐵電材料及換能器、駐極體材料及換能器、導(dǎo)電材料及器件、光電子材料及器件、生物材料及器件和分子電子學(xué)器件等幾大類具有廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代電子功能材料及器件，并朝著材料的靈巧及智能化方面發(fā)展。
[0004]而其中，將有機(jī)功能分子圖案化在電子學(xué)、光子學(xué)、光電子學(xué)、基于生物芯片的檢測(cè)、生物傳感器陣列等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。隨著有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的迅速發(fā)展，有機(jī)薄膜制備過(guò)程中合適的圖案化處理，能有效的提髙器件性能，集成水平等。不同性質(zhì)的有機(jī)發(fā)光分子對(duì)氣體分子有特異性響應(yīng)，根據(jù)這一原理，利用有機(jī)發(fā)光分子圖案化來(lái)制備氣體傳感器，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。顯示器的基本元素一像素，包括紅、綠、藍(lán)三基色，工作原理是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓大小，來(lái)控制三基色發(fā)光的合適配比，得到顯示器需要的任何顏色，眾多像素就構(gòu)成了我們看到的多彩的顯示器。所以，制備加工OLED顯示器過(guò)程中，將有機(jī)發(fā)光分子圖案化，排列組成像素也是不可或缺的一個(gè)過(guò)程。
[0005]有機(jī)功能材料圖案化有很多方法，如光刻，壓印，掩膜法等。但是傳統(tǒng)的制備方法都有一些制備上的缺點(diǎn)和局限性，例如:電子束光刻和紫外光刻法這兩種應(yīng)用最廣泛的技術(shù)不能用于有機(jī)分子圖案化，因?yàn)殡娮邮妥贤夤鈺?huì)對(duì)有機(jī)分子產(chǎn)生破壞作用；對(duì)于掩膜法，其本身的產(chǎn)額和均一性可以達(dá)到要求，但是，其分辨率不高；直寫法的均一性和分辨率比較高，但是，其產(chǎn)額太低，基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；對(duì)于壓印法而言，分辨率和產(chǎn)額比較高，但是其均一性差。為了解決以上問題，有科學(xué)家提出真空中有機(jī)功能分子圖案化技術(shù)，利用光刻等技術(shù)刻蝕出金圖案，由于金的表面能比較高，加熱后，有機(jī)功能分子選擇性的沉積在金的表面，從而制備出圖案化的有機(jī)功能分子。這種技術(shù)的缺點(diǎn)就是需要在真空中進(jìn)行，條件比較苛刻。為了克服此缺點(diǎn)，他們對(duì)真空環(huán)境進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種在大氣中有機(jī)功能分子光刻兼容圖案化的方法，在大氣中，成功的實(shí)現(xiàn)了有機(jī)功能分子選擇性的沉積在金表面上，制備出圖案化的有機(jī)功能分子陣列。但是，在大氣中的實(shí)驗(yàn)也有另一個(gè)缺點(diǎn):實(shí)驗(yàn)的過(guò)程需要加熱，而加熱條件下，有些有機(jī)分子容易分解或者揮發(fā)，同時(shí)，大氣中的實(shí)驗(yàn)，液體沿著金表面流動(dòng)，速度比較緩慢，時(shí)間比較長(zhǎng)，產(chǎn)率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種利用膠乳液制備有機(jī)功能材料圖案的方法及其應(yīng)用，其圖案化方法發(fā)生在膠乳液里，避免了光刻技術(shù)等損害材料功能的不利環(huán)境，因此可以有效地保護(hù)材料的功能性，不需要真空環(huán)境，而且過(guò)程無(wú)需加熱，解決了有機(jī)材料受熱分解等問題，實(shí)現(xiàn)了一種具有制備高分辨率、大面積、低成本的有機(jī)功能材料圖案制備工藝，本發(fā)明工藝可兼容光刻技術(shù)，具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
[0007]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種利用膠乳液制備有機(jī)功能材料圖案的方法，包括如下步驟:
a.將經(jīng)過(guò)潔凈處理后的基底表面上修飾生成一層疏水物質(zhì)或親水物質(zhì)，然后對(duì)基底表面依次進(jìn)行清洗、干燥和烘烤，使基底表面上附著的疏水物質(zhì)液膜或親水物質(zhì)液膜進(jìn)行固化，制備得到疏水性基底或親水性基底；優(yōu)選所述基底的材料為硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫或有機(jī)材料；優(yōu)選所述基底的材料為柔性有機(jī)材料；優(yōu)選所述基底的材料為柔性PET材料；基底的材料對(duì)沉積的選擇性有很大的影響；
b.對(duì)在經(jīng)過(guò)所述步驟a中進(jìn)行修飾得到的基底表面進(jìn)行圖案化處理，并沉積一層有利于有機(jī)功能材料沉積的吸附材料層，在基底表面形成圖案化的吸附區(qū)，吸附材料層采用與基底有不同表面能的材料制備而成，從而在基底上引入吸附材料層預(yù)圖案；對(duì)基底表面進(jìn)行圖案化處理時(shí)，優(yōu)選采用電子束光刻法、光學(xué)光刻法、軟光刻法、掩膜法或掃描探針顯微鏡光刻法在基底表面產(chǎn)生吸附區(qū)圖案；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用電子束光刻法產(chǎn)生時(shí)，由于電子束光刻可以制作具有亞微米分辨率的圖案，電子束光刻是一個(gè)串處理過(guò)程，產(chǎn)生圖案過(guò)程中需要電子束掃描過(guò)整個(gè)圖案區(qū)域，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用而言，其產(chǎn)率很低，當(dāng)然，其產(chǎn)率取決于電子束掃描速度，如果所需要沉積區(qū)面積較小，也就是說(shuō)只有整個(gè)面積的小部分需要用電子束來(lái)處理，電子束光刻任然是一種比較有競(jìng)爭(zhēng)力的方法；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用光學(xué)光刻法產(chǎn)生時(shí)，由于光學(xué)光刻是一種很快的轉(zhuǎn)移模板圖案的方法，如果所需沉積區(qū)面積比較大，光學(xué)光刻是產(chǎn)生這些沉積區(qū)的有效方法；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用軟光刻法產(chǎn)生時(shí)，優(yōu)選接觸打印方法和納米壓印方法，是另外一種有效地可供選擇的在基底上引進(jìn)沉積區(qū)的方法，其使用彈性材料或者硅為印章的軟光刻方法是一種可以用來(lái)批量生產(chǎn)小圖案的低成本方法，制備的圖案像素最小至30納米；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用掃描探針顯微鏡光刻法產(chǎn)生時(shí)，利用針尖在基底表面機(jī)械地移動(dòng)，使其變形或者改變化學(xué)性質(zhì)在掃描探針光刻，也能用來(lái)有效制作沉積區(qū)；
c.采用不互溶的極性不同的兩種物質(zhì)制備膠乳液，并將有機(jī)機(jī)功能材料溶于膠乳液中，有機(jī)功能材料僅能溶解于其中的一種物質(zhì)中且不溶于其中的另一種物質(zhì)；優(yōu)選采用兩種不互溶的溶液并利用超聲的方法制備膠乳液；制備膠乳液時(shí)采用的兩種極性不同的不互溶的物質(zhì)，其中相對(duì)極性較大的一種物質(zhì)優(yōu)選采用水、二甲基亞砜和甲醇中的任意一種或任意幾種的混合物，其中相對(duì)極性較小的一種物質(zhì)優(yōu)選采用己烷和環(huán)己烷的任意一種或兩種的混合物；所述有機(jī)功能材料優(yōu)選采用聚合物有機(jī)功能分子材料；
d.當(dāng)采用的有機(jī)功能材料與基底的作用較弱，而導(dǎo)致有機(jī)功能材料分子在所述步驟b中制備的吸附區(qū)外的基底表面上無(wú)法形核凝固時(shí)，將具有在所述步驟b中制備的吸附材料層預(yù)圖案的基片浸入在所述步驟C中制備的膠乳液中，基片浸入膠乳液靜置時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)所需厚度進(jìn)行控制，浸入時(shí)間結(jié)束后，再將基片從膠乳液中取出，然后待基片表面附著的溶液揮發(fā)，在基片表面的圖案化的吸附區(qū)上布滿有機(jī)功能材料分子，即在基片表面吸附的有機(jī)功能材料層保留下來(lái)形成所需圖案，從而在基底上制備出有機(jī)功能材料層的圖案。
[0008]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟a中，當(dāng)制備疏水性基底時(shí)，采用的疏水物質(zhì)為氯硅烷、氟硅烷或HMDS ;則然后在所述步驟b中，吸附材料層主要采用金或銀制備而成。
[0009]作為上述技術(shù)方案中進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟b中，當(dāng)吸附材料層主要采用金制備而成時(shí)，采用真空氣相沉積方法依次在在基底表面上沉積厚度為2-3nm的Ti層和厚度為20nm的Au層，從而在基底上制備出Au層預(yù)圖案。
[0010]作為上述技術(shù)方案中進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟c中，所述有機(jī)功能材料為羅丹明6G或FITC。
[0011]作為上述技術(shù)方案中進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟a中，首先將基底分別用氯仿、丙酮、乙醇和水超聲處理后，然后用氮?dú)鈱⑶逑春蟮幕状蹈蓚溆茫缓笈渲糜墒杷镔|(zhì)形成的疏水物質(zhì)溶液，再將干燥潔凈的基底置入疏水物質(zhì)溶液中靜置5-7小時(shí)，再將基底取出，然后分別用氯仿、丙酮、乙醇沖洗，用氮?dú)鈱⒈砻娓街杷镔|(zhì)液膜的基底吹干，再對(duì)疏水物質(zhì)液膜進(jìn)行烘烤，制備得到疏水性基底。
[0012]作為一種利用本發(fā)明膠乳液制備有機(jī)功能材料圖案的方法的應(yīng)用，其應(yīng)用于制備有機(jī)半導(dǎo)