印刷有机数字电路及应用

印刷有机电子技术是基于印刷原理的有机电子器件制造技术,是指将有机电子材料配制成功能性油墨,用印刷方式来制造电子器件与系统的方法,其发展涉及到材料化学、微电子学等多个学科方面的知识。其独特的制造方式和器件形态具有柔性、低成本、大面积制造等优势,并且与传统硅基电子器件在应用场合上形成了互补,在生物传感、电子皮肤、柔性显示等领域展示出优势。为了及时跟进这一快速发展的领域,对领域的发展有宏观的把握,本文从印刷技术和电路系统的角度进行了全面概述,介绍了喷墨打印、丝网印刷和转印印刷等印刷技术和基于印刷技术制备的有机数字电路(反相器、与非门、环形振荡器、D触发器),以及实现功能化的印刷电子应用(RFID、电子皮肤、OLED显示驱动背板等);最后,对本领域目前存在的问题和未来发展方向做了简要探讨。     

纸基柔性导电材料及器件

柔性电子产品因其独特的柔性、高效、低成本的制造工艺等诸多优势受到广泛关注,但与日俱增的柔性电子器件却产生很多不可降解的塑料废弃物,对人类赖以生存的环境造成破坏。为了更好地契合可持续发展的时代理念,科研工作者开始寻找“绿色”基材代替现有的塑料来制备环境友好型的柔性电子器件。与塑料相比,纸张具有价格低廉（约为PET价格的二十分之一）、可再生、可持续、可生物降解等优势,并具有实现规模化生产的巨大潜力,引起科研工作者的广泛关注。如何根据纸张的结构特点,结合“绿色”材料,制备出更符合柔性产品要求的纸基导电材料并使其成为柔性电子器件的重要组成部分,对扩大纸基导电材料在柔性电子器件领域的应用具有十分重要的意义。 本文实验部分可细化为3个部分,逐层次探讨了纸基导电材料的制备及其在柔性电子器件中的应用,主要内容包括： 1.引入离子凝胶作为导电材料,成功制备了离子凝胶导电纸,并将其应用于电致发光器件中。将离子凝胶作为导电组分,制备离子凝胶导电墨水,与传统的印刷方式相结合,成功实现了离子凝胶导电纸的高速量产,且制备的导电纸还具有优异的机械性能、稳定的电学性能,为扩大导电纸在柔性电子器件中的应用带来福音。 2.引入PDES作为导电材料,实现了导电纸的绿色制造和图案精细化。用可聚合低共熔溶剂（PDES）代替离子凝胶,通过丝网印刷的方式转移到原纸上,经UV光照射几秒钟便可使PDES固着在原纸上,实现了PDES型导电纸的绿色、快速制备,为实现按需图案化印刷电路的制备提供了一条新的路径,是一种快速、无VOC的绿色精细图案制造过程。 3.制备了具有较好力学性能的高透明纳米导电纸,并将其用于纸基电容器的构建。使用纳米纤维素作为原纸的制备材料,使制得的导电纸具有较高的透明度;使用少量纳米银作为导电组分,保证了导电纸的成本;经氯化胆碱/尿素低共熔溶剂水溶液浸泡后,拉伸性能较纯纳米纤维素纸提高近十倍。高透明纳米导电纸的简单制备,为进一步拓宽导电纸在柔性电子器件中的应用做出了较大贡献。     

碳纳米管薄膜的制备及其在柔性电子器件中的应用

近年来,柔性电子器件的发展日新月异。以碳纳米管为代表的碳纳米材料,尤其是其组装成的宏观结构碳纳米管薄膜具有良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性电子领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来碳纳米管薄膜在柔性电子器件领域的研究进展。首先详细介绍了碳纳米管薄膜的两类主要制备方法,分别为干法制备和湿法制备;继而介绍了碳纳米管薄膜在多种柔性电子器件的组装、性能与应用方面的最新研究进展;最后总结了碳纳米管薄膜基柔性电子领域的发展现状,并讨论了该领域所面临的挑战及其未来前景。     

柔性染料敏化太阳电池的制备和性能研究

柔性染料敏化太阳电池作为具有低生产成本的实用化技术受到高度重视.本文研究以金属钛为基底的纳晶TiO2薄膜电极和以导电涂层聚合物为基底的对电极组成的柔性染料敏化太阳电池.为提高光电转换效率,采用直流低场电泳沉积、直流和脉冲电压下的电化学阳极氧化及丝网印刷,结合高温烧结方法,制备金属钛为基底的纳晶TiO2薄膜电极和TiO2...     

丝网印刷电极及其在重金属快速检测中的应用

利用简单、快速、高灵敏的方法对食品中的重金属进行检测具有重要意义。丝网印刷电极（SPE）因具有小巧便携、样品用量少、成本低等优点,在电化学快速分析领域具有明显优势,可实现食品中重金属等污染物质的快速现场分析。该文主要介绍了丝网印刷电极的概念、制作工艺、制备材料和修饰材料,综述了丝网印刷电极在重金属快速检测方面的应用进展,并讨论了其目前形势及未来发展趋势。     

基于量子点涂料的柔性光阳极及碳基对电极的制备和优化

首先制备出量子点(QDs)/TiO_2涂料,分别采用丝网印刷法与刀刮法将涂料涂覆于ITO/PET柔性基底上,结果表明刀刮法制备量子点敏化太阳电池(QDSCs)效果更佳,且具有普适性。基于铜片对电极所组装的ZnCuInSe,CdSe和CdSeTe量子点半柔性QDSCs最高效率分别达2.83%,2.46%和1.99%。另外,我们对石墨纸进行表面化学修饰以提高亲水性,再通过简单的连续离子交换吸附法(SILAR)在石墨纸上负载Cu_xS纳米粒子,制备出Cu_xS/GP柔性对电极,进一步组装成全柔性QDSCs,获得了2.13%光电转化效率。     

马兰戈尼效应在有机半导体成膜中的应用

<正>1背景介绍以有机发光二极管、有机太阳能电池和有机场效应晶体管为主的有机半导体薄膜器件,因在便携、可穿戴电子器件领域有巨大的应用前景,而逐渐成为无机半导体器件的一个重要补充。溶液法生长有机半导体薄膜工艺更使有机半导体器件的低成本、可在柔性基底上大面积制备的优点得到体现,因而受到广泛关注。但是,溶液法制备工艺也存在着诸多不足,比如被称为"咖啡环"效应的溶剂自然挥发造成的薄     

基于量子点涂料的柔性光阳极及碳基对电极的制备和优化

首先制备出量子点（QDs）/TiO₂涂料,分别采用丝网印刷法与刀刮法将涂料涂覆于ITO/PET柔性基底上,结果表明刀刮法制备量子点敏化太阳电池（QDSCs）效果更佳,且具有普适性。基于铜片对电极所组装的ZnCuInSe,CdSe和CdSeTe量子点半柔性QDSCs最高效率分别达2.83%,2.46%和1.99%。另外,我们对石墨纸进行表面化学修饰以提高亲水性,再通过简单的连续离子交换吸附法（SILAR）在石墨纸上负载Cu_xS纳米粒子,制备出Cu_xS/GP柔性对电极,进一步组装成全柔性QDSCs,获得了2.13%光电转化效率。     

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

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。     

白光聚合物和聚合物白光器件

有机/聚合物电致发光器件(O/PLEDs)具有低能耗、宽视角、色彩丰富、快速响应、绿色环保以及可制备柔性屏等诸多优异特性,被业界公认为是21世纪最具潜质和最具发展前景的高技术领域之一.白光聚合物电致发光器件(WPLEDs)具有可通过湿法加工技术(如旋涂、丝网印刷、喷墨打印)大大降低器件的制作成本等优点,在显示和照明领域有着极大的应用前景,而受到人们广泛的关注.本文就国内在白光聚合物和聚合物白光器件方面的的研究现状,从聚合物白光器件和制备单一白光聚合物两个方面进行阐述,并介绍这一领域的发展前景和目前亟待解决的一些问题.     

有机光伏研究进展

以有机半导体材料为活性层的有机太阳能电池, 可通过印刷制备大面积柔性器件, 具有成本低、多彩、半透明等特点, 是一种极具发展前景的光伏技术. 研究者们多年来致力于设计高性能光伏材料, 优化器件界面, 改善活性层微观形貌, 开发新型器件结构, 探究器件工作机理等, 目前实验室制备的小面积有机太阳能电池的能量转换效率已经超过18%. 另外, 面向有机光伏产业化, 在制备大面积柔性器件、降低器件成本、提高器件寿命以及探究光伏建筑一体化和室内光伏等潜在应用方面的研究也取得了重要进展, 在国际上处于领跑地位. 中国科学家在有机光伏领域做出了诸多开创性和引领性的工作. 本文首先对有机太阳能电池的背景进行简单介绍, 接着按照分子工程、器件工程、器件物理和应用探索四个方面综述有机光伏领域的重要研究进展, 最后对有机光伏所面临的机遇与挑战进行展望.     

丝网印刷制减反射膜

丝网印刷有机钛浆制减反射膜, 较喷涂制减反射膜具有减反射膜较均匀, 接触电阻较低, 适用于光照烧结,减少了由于喷涂时的冲击力而造成的碎片, 因而成品率可以提高5%以上.通过实验, 先印刷银浆, 再刷有机钛浆制减反射膜, 所制太阳电池片的平均转换效率可达14%以上.丝网印刷钛浆制减反射膜, 制作方法也较简单, 操作也较容易, 可用于大规模生产.     

柔性纤维生物电子复合材料与器件

可穿戴和可植入的纤维生物电子器件可以实现对人体生理体征的实时监测和精准调控,在健康监测和疾病诊疗等领域发挥了革新作用.然而,传统的纤维生物电子器件柔性不足而与生物软组织的力学性能不匹配,难以形成稳定的器件/组织界面,最终无法实现长期稳定工作.本文重点介绍了近年来课题组针对上述问题在柔性纤维生物电子复合材料与器件方面的研究进展.首先制备了具有杂化结构和芯鞘结构的柔性高分子复合纤维电极,并面向柔性生物电子器件要求,对纤维材料的电学和力学性能及生物安全性进行表征.进一步,基于所制备的复合纤维电极,发展出一系列可穿戴和可植入的纤维生物电子器件,具有传感、能源、调控等功能,并通过建立稳定的器件/组织界面,实现了在体长期工作,在生物医学研究和智慧医疗等领域展现出良好的应用前景.最后,展望了柔性纤维生物电子领域的未来发展方向.     

喷墨打印图案化高分子薄膜及其在有机电子器件加工中的应用

喷墨打印技术由于在图案化加工方面的高效、低成本、非接触形式及柔性的加工过程等特点而被应用于有机电子器件的加工中.通过打印功能性高分子溶液,喷墨打印实现了功能高分子薄膜的沉积和图案化,并实现了有机发光二极管、有机薄膜晶体管及其集成器件的加工.对喷墨打印在有机电子器件加工中取得的成果进行了总结,同时综述了高分子溶液喷墨打印过程中存在的基本科学问题和研究现状.     

溶液法制备柔性压阻式传感器的研究进展

柔性压阻式传感器具有结构简单、易于制备、检测范围广等优势, 在可穿戴电子器件领域中扮演着非常重要的角色. 在制备柔性压阻式传感器的众多方法中, 溶液法由于操作简单、反应条件温和、材料的适用性广泛、易于规模化制备等优势, 成为极具发展前景的制备工艺. 在此基础上, 如何进一步提高柔性压阻式传感器的力学与电学性能也成为研究者们更加关注的话题. 另外, 制备图案化、微型化、规模化的传感器阵列为柔性压阻式传感器的应用范围拓展了新的道路. 本综述首先介绍了柔性压阻式传感器的工作原理与性能指标, 同时讨论了其性能指标对传感器在实际应用中的影响. 随后, 简单介绍了其构成材料, 并通过梳理近年来溶液法制备柔性传感器的研究成果, 选取了几种典型的溶液法制备方法进行重点介绍, 指出其具备的优势及目前存在的问题. 最后, 对溶液法制备柔性传感器的发展方向进行总结与展望.     

基于二维压电材料功能性器件的设计、构筑与性能研究

二维压电材料由于具有机械强度高、 性质多样、 柔性透明等特点, 吸引了广大科研人员的研究兴趣. 基于二维压电材料的柔性电子器件、 纳米传感器以及光电子器件等功能性器件也展现出了良好的性能和应用前景. 对此类器件的构筑和应用需要系统的设计和性能研究. 本综述围绕功能性的二维压电器件, 系统地论述了压电效应在(光)电子器件中的性能调控机制, 并总结其设计和制备流程以及如何实现多种功能性应用, 以期对此类器件的设计和研究提供参考.     

引入液晶小分子实现高效厚膜三元有机太阳能电池

<正>有机聚合物太阳能电池因其具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、可制成柔性器件以及可采用卷对卷印刷工艺大面积、低成本制备等突出优点而引起了广泛关注并得到了快速发展~(1,2)。其中三元有机太阳电池作为一种有效提高电池器件效率的办法也成为有机聚合物太阳能电池研究中的一个热点~3。一般情况下,在三元有机太阳能电池中第三     

金属纳米颗粒导电墨水的制备及其在印刷电子方面的应用

发展下一代柔性、低价和环境友好的印刷电子技术已取得大量的研究进展。印刷电子是基于印刷原理的电子制备技术,主要是将一些液体分散性好的或可溶性材料进行印刷图案化从而实现电子元器件的制备。印刷电子学涉及大量的基础学科问题,包括材料、设备、工艺与应用多方面的共性技术,但其关键技术之一在于制备环保、低成本的新型导电墨水。结合印刷电子基础与应用研究的发展现状,本文主要对金属纳米颗粒的合成及其导电墨水的制备与相关应用的最新研究进展进行了综述和讨论,并对其在传感器、薄膜晶体管(TFT)、太阳能电池及RFID等方面的最新应用进展进行了概述。     

全小分子有机太阳能电池：多级次形貌调控实现效率突破

正有机本体异质结(BHJ)太阳能电池由于其质轻和可大面积印刷柔性器件等优势而引起了广泛的关注。小分子给体具有分子量明确、易于纯化和批次差异小等优点。此外,小分子较强的结晶性可以获得更高的相纯度和更低的能量无序度,从而可制备高电荷迁移率、低能量损失的有机太阳能     

电喷印刷柔性传感器

柔性传感器因其在弯折、扭曲、拉伸等大变形条件下具有稳定的传感性能,所以在软体机器人、可穿戴电子和生物医疗等领域具有潜在的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注。与传统光刻技术相比,印刷技术制造作为增材制造,具有绿色、低成本和可大面积制造的优势,被广泛应用于柔性电子器件制备。其中,电流体动力喷墨打印(电喷印)技术因其具有多种功能材料的兼容性,被认为最有可能替代传统的光刻技术,实现柔性传感器高分辨率和跨规模制造。近年来,电喷印技术在微型化柔性传感器制造领域显示出广泛的应用潜力。本综述重点介绍了电喷印刷柔性传感器的工艺、材料和应用的最新研究进展。首先,详细介绍了电流体动力喷墨打印技术的工作原理,总结了用于电喷印的各种功能性墨水材料,然后,介绍了电喷印刷中墨水和柔性基底间表界面调控的问题。随后,综述了电喷印方法在柔性压力传感器、柔性气体传感器和柔性电化学传感器等柔性传感器制造的应用进展。最后,总结讨论了下一代电喷印刷技术在柔性传感器领域的机遇与挑战。