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反向印刷技术:图案化导电纳米线的“工业化”制备

在电子器件领域,银纳米线(AgNW)作为透明电极材料具有优异的物理性能、低表面电阻以及高柔韧性等优点,被广泛应用于触摸屏、传感器、太阳能电池、有机发光二极管等光电领域。但由于缺乏高效的AgNW图案化技术使其作为电极在集成电子器件中的应用受到限制。目前,诸如喷墨打印技术、照相凹版印刷、模板转移印刷技术等传统图案化技术被用以制备图案化AgNW透明导电电极(AgNW TCE),但是其在高分辨率、基底普适性以及图案化电极透明性、导电性等方面仍存在较大的局限性。


近日,韩国大邱庆北科学技术院(DGIST)Youngu Lee韩国机械和材料研究院(KIMM)Sin Kwon等研究者用新型导电AgNW“墨水”,基于反向胶印技术结合强脉冲光辐照技术(IPL)简便实现了AgNW TCE的大面积(120 × 100 mm2)、高分辨率(微米级)制备。该图案化AgNW TCE具有高导电性、高透明性以及优异的机械性能,且适用于不同材质基底,在柔性有机发光二极管(OLED)器件应用方面展现出优异的性能。

图案化AgNW电极制备过程示意图。图片来源:ACS Appl. Mater. Interfaces


研究团队以聚乙烯吡咯烷酮包裹AgNW(AgNW长度25 μm、直径32 nm)、异丙醇为溶剂,并添加微量硅酮表面能改性调节剂(BYK333)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMAC)粘结剂制备了新型的导电AgNW“墨水”。其中,表面能调节剂和粘结剂的加入是制备高质量、高分辨率图案化AgNW的关键。

AgNW“墨水”组成对图案化质量的影响。图片来源:ACS Appl. Mater. Interfaces


通过优化“墨水”组成以及印刷过程参数,研究团队采用反向胶印技术在玻璃、塑料等基底实现了大面积(120 × 100 mm2)不同宽度(6 μm ~500 μm)、间隔、图案化AgNW的制备。该图案化AgNW具有光滑的表面、均一的线宽、整齐的边界以及完整的导电网络。

反向胶印技术制备不同的AgNW图案。图片来源:ACS Appl. Mater. Interfaces


为避免高温热处理对基底的不良影响,研究团队进一步采用强脉冲光(600 ~ 850 V)对图案化AgNW进行辐照处理,以除去粘结剂、包覆剂等不导电组分,赋予AgNW优异的电性能和透明度。同时,在强脉冲光辐照过程中AgNW之间能够基于焊接进一步提升其导电性能和机械性能。

图案化AgNW强脉冲光辐照处理后性能测试。图片来源:ACS Appl. Mater. Interfaces


将图案化AgNW作为阴极用于构筑柔性OLED器件,器件在3 ~ 15 V工作电压下呈现均一、稳定的黄色发光;且能够耐受大幅度弯曲形变。

AgNW TCE在OLED中的应用。图片来源:ACS Appl. Mater. Interfaces


总结


本文通过制备新型导电AgNW墨水,基于反向印刷技术结合强脉冲光辐照技术实现了图案化AgNW的大面积制备。该图案化AgNW作为柔性电极呈现出优异的导电性、透明度以及机械性能,在柔性电子器件构筑方面具有广阔的应用前景。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

High-Resolution and Large-Area Patterning of Highly Conductive Silver Nanowire Electrodes by Reverse Offset Printing and Intense Pulsed Light Irradiation

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 14882-14891, DOI: 10.1021/acsami.9b00838


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