柔性电子材料专题_王小梅

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1、柔性电子材料王小梅（wfhfmzf@163.com）2010年12月08日柔性电子制造1.柔性电子概述4.本实验室研究1.1TFT/FET的基本结构4.1实验平台1.2柔性电子制备工艺4.2初步研究结果2.柔性电子材料2.1基板材料2.2绝缘材料2.3导体材料2.4半导体材料3.溶液化工艺21.柔性电子••柔性电子柔性电子将有机将有机//无机电子无机电子器件制作在可延性基底上，器件制作在可延性基底上，具有独特的具有独特的柔性柔性//延展性延展性以及以及大面积、高效制造等特点。大面积、高效制造等特点。•

2、艾伦·黑格马克迪尔米德白川英树•TheNobelPrizeinChemistry2000•——"forthediscoveryanddevelopment•大面积ofconductivepolymers"•可穿戴•超薄•轻便•可保形•可弯折•31.1柔性电子结构各种传统电子产品以薄膜场效应晶体管TFT（ThinFilmTransistor）是制造的基本器件，柔性电子的基本器件也是TFT，其结构如右图所示,主要包括：基底，门电极，绝缘层，半导体层，过渡层，源极和漏极。41.2柔性电子制备工艺光刻荫罩微接

3、触印制喷印光刻加工技术成本极高低中等低设备昂贵，环境要可制造面小大中等大求高；需要模板，积效率低高高高工艺复杂；与有机高温、低材料兼容性差。温度高温高压低温中等温均可软刻蚀技术掩膜需要需要不需要不需要需要母板，接触式加分辨率极高低高高工，很难实现大面有机材料差良好差优异积有机器件图案兼容性化。好，数字灵活性差差差化刻蚀掩膜印刷技术R2R兼容性差中等良好良好适合有机材料，需要材料消耗严重中等低低模板，精度低。环境要求净化空间，隔振低中等低工艺步骤多步多步多步单步实现模式非接触式接触式接触式非接触式51.

4、2柔性电子制备工艺--传统喷印技术传统喷印主要有两种液滴生成方式：连续喷墨（CIJ）——由液滴构成的液柱连续从喷嘴喷出；按需喷墨（DOD）——液滴按需要喷出按需喷印定位精度高，可控性好和节约材料，目前被广泛采用按需喷墨使用脉冲推动液滴，其驱动方式包括热泡法、压电法、热屈曲法和声学法等。为了保持高打印能力，需要制造大而密集的喷墨头阵列。通常打印头包含几十、几百甚至几千个独立喷嘴，墨液由同一个导管供给，但是每个喷头可以通过独立地址进行控制。使用块体压电打印头可取得足够的驱动力，但导致阵列尺寸过大或打印头数

5、目受到限制。由于同样的原因，热屈曲法也不可行。由于蒸汽泡的自由膨胀，热泡打印仅需一个加热器进行驱动，并可容易由微制造技术进行加工，获得大面积喷墨头阵列61.2柔性电子制备工艺--电流体喷印（EHD）与传统喷印技术“推”方式不同，EHD打印技术采用“拉”方式实现喷墨。EHD打印技术采用电场代替热泡、压电和声波驱动方式，在锥模式下从液锥顶端产生极细的射流，分别形成喷雾、纤维、液滴喷印机理：当局部电荷力超过液体表面张力后，带电液体从喷嘴处喷射。这种非机械的静电技术是利用电场将液体从喷嘴口所形成的泰勒锥中拉出

6、，形成液柱、液滴或射流（取决于流速、应用电压、液体性质和喷嘴结构）。71.2柔性电子制备工艺--EHD电喷涂电喷涂通常按照两种模式进行:直接喷涂的简单喷嘴模式和萃取喷嘴（nozzle-extractor）模式，两者不同点在于毛细管和基板之间增加了一个环形电极，可以避免由于基板电极损伤造成薄膜的不均性（a)是液体从喷嘴处弯月锥顶端直接喷射出的液滴碎片。在分离过程中，这些碎片可以形成规则的大液滴、小液滴或拉伸纺锤体。图(b)中，液体被拉伸成小射流，由于射流的不稳定最终破碎成液滴81.2柔性电子制备工艺--

7、-EHD电纺丝虽然在喷丝头顶部射流稳定，当锥尖出极细射流加速飞向向收集电极，飞行过程中固化成纤维，当射流离开喷嘴一小段距离后就会出现复杂的动力学特性目前有两类有关不稳定性的研究工作：电纺丝的示意图（1）少量关于纺丝控制的研究，包括用电场对纤维定向，转动的机械轴收集纤维等；（2）大量关于电纺丝的物理化学基础研究，包括聚合物溶液浓度、施加电压和电极间距离的影响液滴形状随时间和电压改变的演化过程91.2柔性电子制备工艺---EHD电喷印(a)是微毛细管喷嘴的扫描电镜图像，(b)是喷嘴和基板的结构，(c)是喷

8、印系统装置。射流从针尖射出，并通过移动平台对图案进行控制，液滴沉积在第二个电极上面的基板上。针头的内径通常为0.1~1mm，如果能够制造更小内径的针头，可获得更高的分辨率。电喷印产生的液滴至少比针头尺寸小一个数量级，能达到微米甚至纳米尺电喷印的原理示意图寸102.柔性电子材料--基底材料光性能化学性能¶高透光¶水汽传输速率<10-6g/m2/day¶低双折射¶氧气传输速率<10-3-10-5g/m2/day表面粗糙度力学性能¶器件薄膜越薄，电性能对表面粗