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。     

印刷电子用金属材料的墨水化及图案化研究进展

印刷电子是采用印刷工艺,把功能性墨水快速印制在有机或无机基材上,形成各种电子元件和线路的科学与技术。其中墨水的制备,即各种功能材料的墨水化,以及后续在软基材上的印刷成膜,即墨水的图案化,是决定印刷电子实用化发展的关键。本文主要介绍了金属材料的墨水制备及其印刷烧结技术的研究进展,讨论了印制电子带来的材料和技术的挑战及机遇,指出导电材料选择及其墨水化与图案化有机结合是未来印刷电子和材料发展的方向。     

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。     

液态金属印刷电子墨水研究进展

印刷电子是一种基于印刷原理的新兴电子增材制造技术,与传统电子加工方法相比,它在大面积、柔性化、个性化、低成本制造电子等方面具有无可比拟的优势。印刷电子所用的典型导电墨水通常分为三类：碳系、高分子及金属导电墨水,然而它们在打印后仍需借助高温后处理工艺,以进一步提升打印物及墨水的电导率及运行可靠性,步骤稍显繁琐;且由于相应纳米材料及墨水的配制较为复杂,也增加了使用的成本。液态金属作为一大类新出现的电子打印墨水,近年来正日益成为重要的研究领域,这种墨水具有电导率高、制备简单、无需后处理等独特优点。为推动这一方向的研究,本文评述了国内外围绕液态金属导电墨水物理化学性质的研究进展及对应的典型打印方法,并指出了进一步发展的方向。     

导电油墨及其应用技术进展

印刷电子是将传统印刷工艺应用于电子产品制造的新型工艺技术,导电油墨是印刷电子关键材料之一,受到了人们的广泛关注。为了全面了解并把握导电油墨及其应用发展动态,本文结合近年来导电油墨领域文献及研究工作情况,综合分析了导电油墨的分类、构成以及其印刷工艺技术和印刷装备情况,指出导电油墨的主要发展方向在于既要开发新型功能材料（如碳纳米管、石墨烯等）在导电油墨中的应用技术,又要提高印刷成膜后导电材料间的互联性能,解决印刷电路与其它器件间的连线问题。     

基于印刷电子的透明导电薄膜研究进展

透明导电薄膜是一种在可见光范围内透光率较高、导电性优良的薄膜材料.近年来随着智能手机、平板电脑等电子产品日益普及,透明导电薄膜受到越来越多的关注.本文分析了目前占据市场统治地位的掺锡氧化铟透明导电薄膜的缺点以及近年来国内外对透明导电薄膜开展的研究工作,总结了目前在印刷电子领域透明导电薄膜的主要研究方向,一方面是在传统金属氧化物薄膜基础上的改进;另一方面是寻找新型透明导电薄膜材料,并分别综述了各个研究方向的最新进展.     

MnO2/CNTs/PTFE三元复合材料的水热原位合成及超级电容性能研究

采用水热原位合成技术制备了MnO2、MnO2/CNTs及MnO2/CNTs纳米复合材料,研究了MnO2/CNTs/PTFE三元复合材料在化学电源领域的应用.用X射线衍射分析材料结构、扫描电镜与透射电镜观察材料形貌,用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗谱研究其用作超级电容器和锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,导电载体...     

具有隔离结构的聚丙烯/碳纳米管复合材料的制备及电磁屏蔽性能

通过共挤出包覆-热压法制备了具有隔离结构的聚丙烯(PP)/碳纳米管(CNTs)电磁屏蔽复合材料。 其中,CNTs随机分布于PP基体中形成导电相,该导电复合物作为包覆层包敷在纯PP颗粒表面,形成包覆复合粒子,经热压后形成隔离导电网络。 结果表明,所制备的隔离结构复合材料呈现良好的导电性能,可获得较低的导电逾渗值0.28%(体积分数);在CNTs质量分数为5.6%时,该复合材料电磁屏蔽性能达到25.6 dB,同时具有良好的力学性能。 本文结果表明,共挤出包覆-热压法制备隔离结构导电复合材料方法简单可控、绿色环保,对开发高性能电磁屏蔽复合材料具有重要指导意义。     

基于静电吸附作用制备PPy/CNTs复合材料

通过添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS), 在碳纳米管(CNTs)表面引入具有静电吸附作用的基团, 使吡咯单体附着于CNTs表面, 然后发生化学原位聚合, 得到了由片状聚吡咯(PPy)包覆CNTs所构成的PPy/CNTs复合材料, 开辟了一条易于工业化生产制备PPy/CNTs复合材料的途径. 所得材料和CNTs借助傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等设备进行了成分和形貌的表征; 并将所得材料组装成电化学超级电容器, 进行了电化学性能测试. 研究结果表明, 加入SDBS后, 吡咯单体能很好地吸附于CNTs表面; CNTs的应用细化了PPy的颗粒, 改善了PPy的导电性能和机械性能, 使PPy/CNTs复合材料呈现出多孔状; 其电化学容量达到101.1 F·g-1(有机电解液), 是同样制备条件下所得纯PPy电化学容量(19.0 F·g-1)的5倍多, 约是所用纯CNTs电化学容量(25.0 F·g-1)的4倍.     

聚苯胺/碳纳米管复合材料的研究进展

聚苯胺(PANI)作为一种研究最广泛的导电高分子材料,具有高导电性及良好的氧化还原性。但PANI具有的共轭离域结构使其难溶于有机溶剂,在中性和碱性环境中电导性差,应用受到制约。将具有优异电学性能、导热性能、光学性能和机械性能的碳纳米管(CNTs)与PANI复合,克服PANI的结构缺陷,充分发挥二者的协同作用,可有效提高电容和循环稳定性。综述了近年来国内外有关PANI/CNTs复合材料的制备方法,如化学氧化聚合法和电化学聚合法等,详细介绍了PANI/CNTs复合材料在超级电容器、电化学分析与电池及传感器等方面的应用研究进展,并根据PANI和CNTs性能特点,对复合材料的应用和发展进行展望。     

MODs vs. NPs: Vying for the Future of Printed Electronics

This Minireview compares two distinct ink types, namely metal-organic decomposition (MOD) and nanoparticle (NP) formulations, for use in the printing of some of the most conductive elements: silver, copper and aluminium. Printing of highly conductive features has found purpose across a broad array of electronics and as processing times and temperatures reduce, the avenues of application expand to low-cost flexible substrates, materials for wearable devices and beyond. Printing techniques such as screen, aerosol jet and inkjet printing are scalable, solution-based processes that historically have employed NP formulations to achieve low resistivity coatings printed at high resolution. Since the turn of the century, the rise in MOD inks has vastly extended the range of potentially applicable compounds that can be printed, whilst simultaneously addressing shelf life and sintering issues. A brief introduction to the field and requirements of an ink will be presented followed by a detailed discussion of a wide array of synthetic routes to both MOD and NP inks. Unindustrialized materials will be discussed, with the challenges and outlook considered for the market leaders: silver and copper, in comparison with the emerging field of aluminium inks.     

国外印刷电子产业发展概述

近年来印刷电子有了快速发展,许多有关印刷电子的科研成果,已从实验室投入了生产,初步形成了印刷电子产业体系。本文介绍了应用于印刷电子的各类有机、无机材料及工艺装备,特别详细列举了各类印刷电子产品及其应用情况,这些印刷电子产品已开始进入人们日常生活的多个方面。虽然印刷电子产业尚处于发展初级阶段,市场不够成熟,但已显示出十分光明的发展前景。文中还指出政府机构的重视和支持是国外印刷电子产业发展的重要因素。     

光子烧结技术在印刷电子技术中的应用研究进展

光子烧结技术是一种低温、选择性、非接触式烧结技术,可以对衬底上的各种纳米材料墨水进行固化烧结,实现墨水的功能化,并获得印刷电子器件的物理性能。光子烧结技术包括激光烧结、红外烧结及闪灯烧结,它们又具有各自的应用特点,在印刷电子领域中受到了广泛的关注。本文简要介绍了光子烧结技术的一些相关研究,重点介绍了光子烧结技术在金属纳米导电墨水中的应用及研究进展。     

Transparent Electrodes Printed with Nanocrystal Inks for Flexible Smart Devices

Transparent electrodes (TEs) are crucial in a wide range of modern electronic and optoelectronic devices. However, traditional TEs cannot meet the requirements of smart devices under development in unique fields, such as electronic skins, wearable electronics, robotic skins, flexible and stretchable displays, and solar cells. Emerging TEs printed with nanocrystal (NC) inks are inexpensive and compatible with solution processes, and have huge potential in flexible, stretchable, and wearable devices. Every development in ink‐based electrodes makes them more competitive for practical applications in various smart devices. Herein, we provide an overview of emergent ink‐based electrodes, such as transparent conducting oxides, metal nanowires, graphene, and carbon nanotubes, and their application in solution‐based flexible and stretchable devices.     

Simultaneous patterning of nanoparticles and polymers using an evaporation driven flow in a vapor permeable template

Nanoparticles and polymers have great potential for lowering cost and increasing functionality of printed sensors and electronics. However, creation of practical devices requires that many of these materials be patterned on a single substrate, and many current patterning processes can only handle a single material at a time, necessitating alignment of serial processing steps. Higher throughput and lower cost can be achieved by patterning multiple materials simultaneously. To this end, the microfluidic molding process is adapted to pattern various nanoparticle and polymer inks simultaneously, in a completely additive manner, with three-dimensional control and high relative positional accuracy between the different materials. A differential template distortion observed in channels containing different inks is analyzed and found to result from pressure force in the template due to flow of a highly viscous and highly concentrated ink in small channels. The resulting optimization between patterning speed and dimensional fidelity is discussed.