噴墨打印用導電油墨的發(fā)展現(xiàn)狀

導電油墨是熱塑性粘性糊狀物，其通過灌輸導電材料來導電。導電油墨的傳統(tǒng)功能是產(chǎn)生用作互連的導電路徑。具體而言，導電油墨是導電納米材料的懸浮液，其在水或溶劑介質中添加表面活性劑或用作穩(wěn)定劑的聚合物。這些溶劑必須在沉積后快速蒸發(fā)，但在打印頭噴嘴處不會在短時間空轉時快速干燥。為了獲得導電油墨的高導電性，通常引入導電納米材料；這些納米材料的尺寸應小于數(shù)百個噴嘴尺寸，以避免堵塞打印頭。理想的導電油墨應該便宜，制備簡單并且提供良好的可印刷性，低粘度，良好的穩(wěn)定性，對基材的良好粘附性，印刷和印刷后加工后的高導電性，以及在基材表面以優(yōu)先致密的方式干燥沒有咖啡環(huán)效果。
這里主要介紹下到導電油墨的分類及發(fā)展現(xiàn)狀。

石墨烯基墨水

碳納米材料為印刷和柔性電子產(chǎn)品提供了多種可能性。由于其有前途和非凡的性能，石墨烯已廣泛用于印刷電子產(chǎn)品的制造。石墨烯導電油墨有可能通過替換金屬油墨，導電聚合物油墨和其他碳材料油墨來改變印刷導體領域，同時降低生物危害和生產(chǎn)成本。

Huang等人報道，使用水溶性單層氧化石墨烯（GO）和多層GO（FGO）的一系列噴墨印刷工藝已印刷在不同的柔性基材上。基于這些發(fā)現(xiàn)，在聚酰亞胺（PI）基板上的25個印刷層之后，GO和FGO的電導率分別為5.0*102S/ m和9.0*102 S /m。根據(jù)Huang等人的研究，與FGO相比，印在PI上的GO的低電導率可歸因于GO樣品中含有大量氧的基團（圖1）。2017年，Pei和Li通過使用超聲波將GO以1：1：1的比例分散在去離子水，乙醇和乙二醇的混合溶劑中來制造GO油墨。將制備的油墨噴墨印刷到聚（對苯二甲酸乙二醇酯）（PET）基材上，20個印刷層后的導電率為0.497S / m。他們還使用氧等離子體處理研究了經(jīng)處理和未經(jīng)處理的PET的電性質。結果表明，在相同數(shù)量的印刷層處理的PET的導電性比未處理的PET的導電率顯著提高。

據(jù)研究表明，科學家已經(jīng)使用超聲作為混合方法和噴墨印刷作為制造方法成功地合成了基于各種類型的石墨烯類材料的石墨烯油墨。并且使用GNP，GO和rGO作為填料制備大多數(shù)基于石墨烯的油墨。根據(jù)研究結果，我們可以觀察到印刷層數(shù)，退火溫度和基材類型影響印刷薄膜的電性能。然而，印刷石墨烯膜的較高退火溫度和較長退火持續(xù)時間限制了聚合物基板用于制造柔性印刷電子器件的用途。

基于導電納米材料的油墨

金納米粒子（AuNPs）被稱為較穩(wěn)定的金屬納米粒子，并且已經(jīng)用于印刷高導電元素。AuNPs的獨特性質使其可用于各種應用，例如著色劑，金屬涂料，電子，光學和化學催化。然而，用于大規(guī)模生產(chǎn)的AuNPs的高成本已經(jīng)超過了它們在電子應用中的優(yōu)點。除此之外，它們需要高燒結溫度和長燒結時間。Cui等人報道，由兩個重疊的聚（N-乙烯基吡咯烷酮）（PVP）和丙烯酸樹脂（AR）保護的AuNP油墨，50個印刷層在500度燒結 3小時的電導率為0.8*105 S / cm（圖2）。同時，Schoner等人報道了在280度下燒結10分鐘的玻璃基板上印刷的金結構的電導率為1.9×10 9 S/ m。對于平行寬度為260μm的平行結構和平行邊緣，證明了其可印刷性。

銀納米粒子（AgNPs）是另一種用于柔性電子器件的有前途的納米材料。到目前為止，基于AgNP的油墨代表了較重要的商業(yè)納米技術衍生產(chǎn)品，也是世界上研究較廣泛的油墨，而不是石墨烯。

較近，善仁新材研發(fā)的AS9000和AS9100系列AgNPs可以印刷在薄膜上并且無需在高溫下燒結就可以獲得優(yōu)異的導電性，打破了以前的研究人員碰到的問題：200℃以上的燒結溫度與PEN和PET等柔性聚合物基材不相容的問題。歡迎大家咨詢。

基于導電聚合物的油墨

聚合物導電油墨種類較多，它們成本低并且不需要燒結工藝，其中起代表作用的是聚苯胺（PANI），聚吡咯（PPy），聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT：PSS）等。

在這主要介紹下PEDOT。PEDOT：PSS是聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）（PEDOT）和聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）的聚合物混合物。PEDOT：由于其水分散性，良好的導電性和優(yōu)異的加工性，PSS也被認為是技術上較有前途的導電聚合物之一。原始PEDOT：PSS分散體的電導率小于10S/ cm，并且可以通過用諸如乙二醇的化合物的后處理來改善。

石墨烯-導電材料混合墨水

較近，通過添加金屬納米顆粒或導電聚合物來改善石墨烯的原始性質的石墨烯混合油墨的研究已經(jīng)被廣泛研究用于特定的電子應用。基于自2014年以來報道的石墨烯混合油墨的文獻綜述，對于一些柔性電子應用，一些石墨烯混合油墨的電導率仍然被認為是非常低的。據(jù)報道，電導率在0.29-2.0×103 S / cm的范圍內。研究人員使用的退火溫度在100-225度范圍內。因此，在用于實際應用并作為石墨烯基油墨和其他導電材料基油墨的替代品之前，仍需要做一些努力來改善電性能和退火溫度。