可用于印刷电子的水性cnts导电材料及其在印刷电子器件上的应用

《可用于印刷电子的水性cnts导电材料及其在印刷电子器件上的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第３２卷第４期２０１４年７月影像科学与光化学ＩｍａｇｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＶｏｌ．３２Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２０１４檭檭檭檭檭殐综述印刷电子专刊檭檭殐檭檭殐可用于印刷电子的水性ＣＮＴｓ导电材料及其在印刷电子器件上的应用袁妍，刘敬成，吴海强，费小马，刘仁，刘晓亚＊（江南大学化学与材料工程学院食品胶体与生物技术教育部重点实验室，江苏无锡２１４１２２）摘要：印刷电子技术较传统硅基微电子技术具有大面积、柔性化与低成本的优势，具有广阔的应用前景。而印刷电子材料的制备是印刷电子技

2、术得以蓬勃发展的关键所在。碳纳米管（ＣＮＴｓ）是近年来发展迅速的新型碳材料之一，可应用在透明导电薄膜、晶体管、电容器、传感器、催化剂、高强度材料等各个材料领域。本文主要介绍了采用双亲共聚物改性ＣＮＴｓ，制备适用于印刷电子的导电墨水及其在印刷电子器件上的应用。关键词：印刷电子；碳纳米管；双亲嵌段共聚物；气敏传感器ｄｏｉ：１０．７５１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－０４７５．２０１４．０４．３２９文章编号：１６７４－０４７５（２０１４）０４－０３２９－１３印刷电子技术是以传统印刷技术为基础，制造电子器件

3、的一项多学科交叉的新技术，涵盖印刷电子材料的开发、印刷技术与工艺研究、印刷电子器件应用与印刷电子封装等多个领域。与传统硅基微电子工业制造技术相比，在工艺上，传统硅基微电子生产过程中需要涂胶、曝光、显影、刻蚀、去膜等多个步骤，十分繁琐，而印刷电子技术生产时只需印刷、固化即可获得想要的图案，制造流程短、工艺简单，如图１所示；在配置方面，现有硅基微电子工业为装置依赖型，一套完整的硅基微电子生产线往往需要上亿元的装置费用，成本颇高，而印刷电子产业为材料主导型，换言之，印刷电子更具灵活性，在选择合适的印

4、刷技术后，更取决于相应的印刷电子材料，无需大规模的设备投资；在相应的产品方面，以印刷电子为制造技术的电子产品，如有机电子、塑料电子、柔性电子、纸电子、透明电子等，都具有大面积、柔性化与低成本的特征，这是传统硅基微电子技术所实现不了的，因而有着广阔的应用前景。１印刷电子材料概述印刷电子制造工艺与传统印刷工艺并无太多差别，只是印刷电子技术中所使用的墨料是具有２０１４－０５－２９收稿，２０１４－０６－０９录用国家自然科学基金项目（５１２０３０６３）资助＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｘｙ＠ｊｉａｎｇｎａｎ

5、．ｅｄｕ．ｃｎ３２９３３０影像科学与光化学第３２卷导电、介电或半导体特性的可印刷电子材料，换言之，电子器件或电路系统之所以能够印刷，关键是必须具备可印刷的电子材料。适合印刷的功能性墨料，根据材料结构可分为有机小分子半导体、无机纳米材料和高分子导电材料。有机小分子半导体材料是第一代印刷电子材料，大多为稠环类芳香化合物，如红荧烯［１］、并五苯［２］和含硫杂环化合物及噻吩齐聚物，如噻吩六聚体［３］以及酞箐类［４］等其他有机高迁移率材料。无机纳米材料是近十年来发展最为迅速的一类材料，包括金、银、铜、

6、镍等贵金属和砷化镓、氧化锌、硫化镉等金属化合物纳米材料，以及碳纳米管（ＣＮＴｓ）、石墨烯等新型碳材料。高分子导电材料是指具有高电导率或者半导体特性的高分子材料，多为共轭结构的聚合物，目前研究较多的为聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等几大类及其衍生物。图１集成电路工艺流程与印刷工艺流程的比较ａ．传统集成电路工艺；ｂ．印刷工艺Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａ．ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｐ

7、ｒｏｃｅｓｓ，ｂ．ｐｒｉｎｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ如何将相关材料墨水化是制备及选择可印刷电子材料的先决条件。墨水化的方法包括直接将某种材料的纳米粉体与合适溶剂混合，或者由某种材料的化合物反应形成液态墨水。印刷电子过程对墨水与印刷方式及印刷基底材料的匹配性要求颇高，而不同印刷方式及基材对墨水的要求均不同，所以亟需寻找可调节性较强的墨水材料。ＣＮＴｓ等新型碳材料，因其特殊的结构及其在电学、光学、力学、热学等方面十分出色的性能而得到广泛研究［５－１１］。通过共价及非共价改性可使ＣＮＴｓ稳定地分散在有机溶

8、剂或水中，达到可调节导电墨水的要求，而且ＣＮＴｓ本身具有良好的气敏性，可直接将其印刷制备气敏电极。２ＣＮＴｓ导电墨水材料的制备虽然ＣＮＴｓ具有十分优异的性能，但是由于较强的范德华作用力使其管与管之间紧紧地束缚成束，几乎不溶于任何溶剂，极大地限制了其应用［１２－１４］，因此各国科学家对其在溶剂中的分散做了大量的研究工作，尤其集中在对ＣＮＴｓ进行化学改性来提高其在溶剂中的溶解性，制备适宜的新型印刷电子材料。实现ＣＮＴｓ良好分散的方法主要可分为两类：（ａ）通过化学基团与ＣＮＴｓ上的共轭结构发生共价键