可印刷透明導(dǎo)電薄膜及其柔性電子器件應(yīng)用

印刷電子技術(shù)是一項通過印刷方式實現(xiàn)光電子器件制備的技術(shù)，??開發(fā)低成本、大面積、柔性化光電器件方面展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。作為光電子器件的關(guān)鍵部件，透明導(dǎo)電薄膜至關(guān)重要，廣泛應(yīng)用于信息顯示、固體照明、光電轉(zhuǎn)換等光電子產(chǎn)品（例如，有機發(fā)光二極管、觸摸屏、電子書、電子紙、有機太陽電池等）。氧化銦錫（ITO）是目前使用*廣泛的透明導(dǎo)電薄膜。通常采用磁控濺射、真空蒸鍍等方式制膜，工藝復(fù)雜、條件苛刻，而且面臨資源稀缺、生產(chǎn)成本高等問題。特別是，近年來隨著柔性電子的快速發(fā)展，對透明電極提出了新的要求，如高柔性、輕薄便攜等；ITO質(zhì)脆易折極大限制了其更廣泛應(yīng)用。設(shè)計開發(fā)新型透明導(dǎo)電薄膜并實現(xiàn)簡單快速大面積低成本制備凸顯為亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。將印刷電子技術(shù)與新型透明導(dǎo)電材料（例如，銀納米線、銀網(wǎng)格、石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物等）相結(jié)合，可為低成本、大面積、柔性化透明導(dǎo)電薄膜的制備提供新的解決方案。*近，南京郵電大學(xué)黃維院士、賴文勇教授團隊系統(tǒng)總結(jié)了近年來印刷電子技術(shù)在發(fā)展透明導(dǎo)電薄膜方面的*新研究進展。作者以柔性電子器件應(yīng)用為導(dǎo)向，分析了印刷方式制備低成本、大面積、柔性化透明導(dǎo)電薄膜的重要性，隨后從印刷墨水的配制、基底處理、圖案化過程、后處理以及典型應(yīng)用等幾個方面對透明導(dǎo)電薄膜進行了介紹，并對可印刷透明導(dǎo)電薄膜的機遇與挑戰(zhàn)進行了討論。論文**作者為南京郵電大學(xué)青年教師李東東博士，該文章發(fā)表在Advanced Materials（影響因子：19.791）。

通過印刷方式制備透明導(dǎo)電薄膜，導(dǎo)電墨水的配制是關(guān)鍵的一步。墨水的化學(xué)組成及其物理性能（如粘度和表面張力）對于實現(xiàn)高質(zhì)量高精度印刷非常重要。盡管不同的印刷技術(shù)需要各不同的墨水流變特性，然而理想的導(dǎo)電墨水通常需具備以下特點：易于制備、價格便宜、分散穩(wěn)定性好以及電導(dǎo)率高等。本文分別從墨水的組成和墨滴的形成兩個方面對新型導(dǎo)電墨水的配制和印刷質(zhì)量的提高進行了說明（圖1為幾種典型的導(dǎo)電墨水）。

配制了可印刷的墨水之后，即可通過印刷方式在不同基底上制備透明導(dǎo)電薄膜。但通常導(dǎo)電墨水與基底之間的兼容性較差，所制備的透明導(dǎo)電薄膜在印刷分辨率和基底粘附性方面還不能滿足器件應(yīng)用的要求。為此，作者分別從印刷分辨率的調(diào)節(jié)與基底粘附性的改善兩個方面對透明導(dǎo)電薄膜基底的處理過程進行了討論（圖2為基底溫度對印刷分辨率的影響）。隨后，作者對幾種典型導(dǎo)電材料（銀納米線、銀納米顆粒、石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物）的固有性質(zhì)及其相適應(yīng)的印刷方式進行了詳細介紹（圖3為銀納米線的印刷方式舉例說明）。

通過印刷過程制備的透明導(dǎo)電薄膜，往往存在表面粗糙度高、電導(dǎo)率低、基底粘附性差等問題，會極大地限制其器件應(yīng)用。因此，后處理過程必不可少。作者隨后從薄膜的燒結(jié)、薄膜轉(zhuǎn)移以及復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建等角度作了討論，為以上問題提供了可能的解決方案（圖4列出了幾種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程）。作為新型的導(dǎo)電材料，銀納米線、金屬網(wǎng)格、石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物可提供與ITO相比擬的光電性能。更為重要的是，其柔性化與可溶液加工的優(yōu)勢被視為進一步商業(yè)化的主要驅(qū)動力。通過結(jié)合不同的印刷電子技術(shù)，可進一步發(fā)揮新型透明導(dǎo)電薄膜的大面積、低成本、連續(xù)性批量化生產(chǎn)等優(yōu)勢?；诖耍髡唠S后通過舉例概述了透明導(dǎo)電薄膜在太陽電池、有機發(fā)光器件、觸摸屏等方面的典型應(yīng)用（圖5為典型示例），并討論了印刷過程中存在的問題。

圖1. (a)石墨烯墨水，(b) 還原氧化石墨烯墨水；(c)單壁碳納米管墨水，(d) 熱處理和鹽酸浸泡后的單壁碳納米管；(e,f)銀納米線墨水；(g) 活性銀墨水，(h) 印刷在硅襯底上的一維導(dǎo)電銀線陣列；(i) 分散在去離子水和異丙醇中的銀納米線沉降過程。

圖2. (a-f)不同基底溫度下印刷的納米銀線圖案（基底為憎水性氟碳涂覆的硅襯底）；(g-i)不同基底溫度下印刷的納米銀線圖案（基底為聚酰亞胺），(j-m)不同溫度下墨滴的形貌。

圖3. (a) 絲網(wǎng)印刷過程， (b)絲網(wǎng)印刷的銀納米線圖案；(c, d)噴墨打印的銀納米線網(wǎng)絡(luò)；(e)銀納米線陣列在毛細管印刷過程中的線性化過程，(f) 不同方向銀納米線結(jié)構(gòu)的暗場光學(xué)照片。

圖4.(a,b) 石墨烯與金屬納米線復(fù)合薄膜的卷對卷印刷過程及其器件，(c, d) PEDOT:PSS/Ag網(wǎng)格復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜及相應(yīng)的超級電容器。

圖5. 可印刷透明導(dǎo)電薄膜幾種典型的應(yīng)用 (a-c) 太陽電池器件，(d-f)有機發(fā)光器件，(g-i) 觸摸屏。

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件?的高科技企業(yè)，公司成立２００５年，專業(yè)的光電鍍膜公司，公司產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標(biāo)準的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。