一種印制電子用氧化鋅墨水及其制備方法和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于印制電子用陶瓷功能墨水領(lǐng)域，特別涉及一種印制電子用氧化鋅墨水及其制備方法和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅具有六角纖鋅礦的晶體結(jié)構(gòu)，是一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下的帶隙寬度為3.3eV，激子束縛能高達(dá)60meV。ZnO薄膜具有良好的透明導(dǎo)電性、壓電性、光電性、氣敏性、壓敏性等性質(zhì)，且易于與多種半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)集成化。因此，在平面顯示器、太陽(yáng)能電池透明電極、壓敏元件、氣敏元件等光電子器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。ZnO材料的性質(zhì)涉及許多研究領(lǐng)域，其中包括:透明導(dǎo)電膜(TC0)、表面聲學(xué)波(SAW)器件、光激射激光器、氣敏傳感器、紫外光探測(cè)器、顯示以及與GaN互作緩沖層等方面。
[0003]印制電子(Printed Electronics)技術(shù)是一種采用印刷手段，將功能性材料墨水印制在基材上，低成本、高效率地制造電路及電子器件的技術(shù)，是微電子行業(yè)的一項(xiàng)重要革新。傳統(tǒng)氧化鋅功能膜的制備方法存在制備工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)、操作復(fù)雜、原材料浪費(fèi)大等問(wèn)題，并難以滿足電子產(chǎn)品微型化、精密化的發(fā)展要求。而印制電子方法就像印刷文字一樣，直接在基板上形成功能材料的線路和圖案，在大面積、柔性化、透明化、低成本及綠色環(huán)保等方面，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。功能材料的墨水是印制電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，直接影響著電子產(chǎn)品的性能及質(zhì)量。印制電子用功能材料墨水主要分為顆粒型和無(wú)顆粒型兩種，其中顆粒型墨水有由金屬氧化物顆粒、分散劑、表面活性劑、溶劑和其它助劑組成，需要在較高的燒結(jié)溫度，這就限制了它在PET等柔性基材上的應(yīng)用。本發(fā)明所涉及的氧化鋅功能墨水由金屬的前驅(qū)體、溶劑和一些助劑組成，為無(wú)色透明液體，無(wú)任何固體顆粒，可以通過(guò)多種印制手段或涂膜技術(shù)在柔性基板上印制線路或圖案，并經(jīng)過(guò)后續(xù)熱處理獲得氧化鋅功能材料，在透明導(dǎo)電薄膜、平面顯示器、太陽(yáng)能電池透明電極、壓敏元件、氣敏元件等光電子器件中有廣泛應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種印制電子用氧化鋅墨水及其制備方法和使用方法，該墨水穩(wěn)定性強(qiáng)，且制備方法簡(jiǎn)單易操作，成本低廉，無(wú)污染，保溫溫度低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0005]本發(fā)明的印制電子用氧化鋅墨水，成分按質(zhì)量百分比為，鋅前驅(qū)體:螯合劑或絡(luò)合劑:溶劑=(10 ?50% ): (25 ?66% ): (8 ?65% );其中:
[0006]鋅前驅(qū)體，是硝酸鋅、脂肪族羧酸鋅、芳香族羧酸鋅或脂環(huán)族羧酸鋅中的一種或多種混合物；脂肪族羧酸鋅、芳香族羧酸鋅或脂環(huán)族羧酸鋅，均具有1?3個(gè)羧基，0?2個(gè)羥基和1?17個(gè)碳原子；
[0007]螯合劑或絡(luò)合劑，是氨水、脂肪胺、醇胺、酰胺或芳香胺中的一種或多種混合物；
[0008]溶劑，是水和脂肪醇中的一種或多種混合物；脂肪醇，均具有1?3個(gè)羥基和1?12個(gè)碳原子。
[0009]上述的印制電子用氧化鋅墨水為無(wú)色透明液體，無(wú)任何固體顆粒，黏度為1?lOOOmPa.s，表面張力為20?50mN/m，在室溫下存儲(chǔ)6個(gè)月無(wú)任何顏色變化及沉淀生成。
[0010]本發(fā)明的印制電子用氧化鋅墨水的制備方法，包括以下步驟:
[0011]按照印制電子用氧化鋅墨水的配方，先將螯合劑或絡(luò)合劑溶解于溶劑中，混合8?12min達(dá)到均勻后，再將鋅前驅(qū)體加入到混合液中，在室溫下攪拌0.5?12h至溶解，采用0.22?0.45 μπι的微孔濾膜過(guò)濾后，得到印制電子用氧化鋅墨水。
[0012]上述印制電子用氧化鋅墨水的制備方法中，鋅前驅(qū)體加入到混合液時(shí)發(fā)生如下反應(yīng):
[0013]R-Zn+4R’ _NH2— Zn (R，-NH 2) 4R
[0014]其中，R表示硝酸鋅、脂肪族羧酸鋅、芳香族羧酸鋅或脂環(huán)族羧酸鋅中除鋅以外的官能團(tuán)，R’表示氨水、脂肪胺、醇胺、酰胺或芳香胺中除氨基以外的官能團(tuán)。
[0015]本發(fā)明的印制電子用氧化鋅墨水的使用方法，包括以下步驟:
[0016]將印制電子用氧化鋅墨水印刷或涂膜于基板上，在空氣中，150?500°C條件下保溫5?120min，得到氧化鋅薄膜。
[0017]上述的印制電子用氧化鋅墨水的使用方法中，加熱溫度在150?300°C時(shí)采用加熱板進(jìn)行加熱，加熱溫度在301?500°C時(shí)采用馬弗爐進(jìn)行加熱。
[0018]上述的印制電子用氧化鋅墨水的使用方法中，所用的基板材料為玻璃、石英、PET、PI 和 PEN ο
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]1、本發(fā)明的印制電子用氧化鋅墨水，穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低廉、無(wú)污染、固化溫度低、制備工藝簡(jiǎn)單，克服傳統(tǒng)氧化鋅顆粒型墨水固有的缺點(diǎn)(穩(wěn)定性低、燒結(jié)溫度高等)，將該印制電子用氧化鋅墨水應(yīng)用于氧化鋅薄膜的制備中，薄膜固化保溫溫度低，可應(yīng)用于柔性基板，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0021]2、印制電子用氧化鋅墨水，無(wú)任何固體顆粒，黏度為1?lOOOmPa.s，表面張力為20?50mN/m，在空氣中加熱至150?500°C即可實(shí)現(xiàn)固化，加熱后易于其在基板上附著成型；可采用多種印刷方法，如絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、凹版印刷、凸版印刷、平板印刷等；也采用多種涂膜方法，如刮刀涂布、絲棒涂布、旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、浸涂等；其中對(duì)于印刷方法，粘度范圍在1?15mPa.s的墨水適用于噴墨打印，粘度高于15mPa.s的墨水適用于絲網(wǎng)印刷，凹版印刷等印刷方式。
[0022]3、印制電子用氧化鋅功能墨水制備的氧化鋅薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透過(guò)率為34?90% ;與現(xiàn)有的ΙΤ0薄膜相比，透光率相同時(shí)，本方法制得的薄膜涂敷在柔性板時(shí)可達(dá)到彎折。
[0023]4、印制電子用氧化鋅墨水制備的氧化鋅薄膜可用于多種材質(zhì)，如玻璃、石英及PET、P1、PEN等柔性基板，且與基板的附著性良好，用3M、600M膠帶撕拉后無(wú)膜脫落。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例2氧化鋅薄膜的XRD圖。
[0025]圖2為實(shí)施例7氧化鋅薄膜的透過(guò)率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例中均米用型號(hào)為L(zhǎng)VDV-1I+Pro，Brookfield Engineering Labs Inc.，USA的粘度計(jì)測(cè)試印制電子用氧化鋅墨水的黏度，采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)型號(hào)Lambda750S，Perkin-Elmer，America測(cè)試氧化鋅薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透過(guò)率。
[0027]實(shí)施例1
[0028]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水，成分按質(zhì)量百分比為，乙酸鋅:氨水:乙醇=10%:25%:65%。
[0029]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水的制備方法，包括以下步驟:
[0030]按照印制電子用氧化鋅墨水的配方，先將氨水溶解于乙醇中，混合lOmin達(dá)到均勻后，再將乙酸鋅加入到混合液中，在25°C下攪拌3h至溶解，采用0.22 μ m的微孔濾膜過(guò)濾后得到印制電子用氧化鋅墨水。
[0031]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水的使用方法，包括以下步驟:
[0032]將印制電子用氧化鋅墨水旋轉(zhuǎn)涂膜于玻璃基板上，在空氣中，采用加熱板進(jìn)行加熱，250°C條件下保溫lOmin，得到氧化鋅薄膜。
[0033]本實(shí)施例印制電子用氧化鋅墨水的黏度為1.9mPa.s ;經(jīng)測(cè)試印制電子用氧化鋅墨水的表面張力為30mN/m ;氧化鋅薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的透過(guò)率為74%，與基板的附著性良好，用3M、600M膠帶撕拉后無(wú)膜脫落。
[0034]實(shí)施例2
[0035]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水，成分按質(zhì)量百分比為，乙酸鋅:乙二胺:異丙醇=45%:30%:25%o
[0036]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水的制備方法，包括以下步驟:
[0037]按照印制電子用氧化鋅墨水的配方，先將乙二胺溶解于異丙醇中，混合8min達(dá)到均勻后，再將乙酸鋅加入到混合液中，在25°C下攪拌0.5h至溶解，采用0.22 μ m的微孔濾膜過(guò)濾后得到印制電子用氧化鋅墨水。
[0038]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水的使用方法，包括以下步驟:
[0039]將印制電子用氧化鋅墨水刮刀涂布于石英基板上，在空氣中，采用馬弗爐進(jìn)行加熱，330°C條件下保溫30min，得到氧化鋅薄膜。
[0040]本實(shí)施例印制電子用氧化鋅墨水的黏度為20.9mPa.s ;經(jīng)測(cè)試印制電子用氧化鋅墨水的表面張力為20mN/m ;氧化鋅薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透過(guò)率為81%，且與基板的附著性良好，用3M、600M膠帶撕拉后無(wú)膜脫落。本實(shí)施例制備的氧化鋅薄膜的XRD光譜圖如圖1所示，各處的衍射峰與氧化鋅的標(biāo)準(zhǔn)卡片中的峰值匹配良好，由此可以斷定所合成的透明薄膜為氧化鋅薄膜。
[0041]實(shí)施例3
[0042]本實(shí)施例的印制電子用氧化鋅墨水，成分按質(zhì)量百分比為，丁酸鋅:異丙胺:甲醇:乙二醇=40%:37%:15%:7%。
[0043]本實(shí)施例的印制電子用氧化