一种印制电子用氧化锌墨水及其制备方法和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于印制电子用陶瓷功能墨水领域，特别涉及一种印制电子用氧化锌墨水及其制备方法和使用方法。
【背景技术】
[0002]氧化锌具有六角纤锌矿的晶体结构，是一种直接带隙的宽禁带半导体材料，室温下的带隙宽度为3.3eV，激子束缚能高达60meV。ZnO薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性等性质，且易于与多种半导体材料实现集成化。因此，在平面显示器、太阳能电池透明电极、压敏元件、气敏元件等光电子器件领域有着广阔的应用前景。ZnO材料的性质涉及许多研究领域，其中包括:透明导电膜(TC0)、表面声学波(SAW)器件、光激射激光器、气敏传感器、紫外光探测器、显示以及与GaN互作缓冲层等方面。
[0003]印制电子(Printed Electronics)技术是一种采用印刷手段，将功能性材料墨水印制在基材上，低成本、高效率地制造电路及电子器件的技术，是微电子行业的一项重要革新。传统氧化锌功能膜的制备方法存在制备工艺生产周期长、操作复杂、原材料浪费大等问题，并难以满足电子产品微型化、精密化的发展要求。而印制电子方法就像印刷文字一样，直接在基板上形成功能材料的线路和图案，在大面积、柔性化、透明化、低成本及绿色环保等方面，具有无可比拟的优势。功能材料的墨水是印制电子技术发展的关键，直接影响着电子产品的性能及质量。印制电子用功能材料墨水主要分为颗粒型和无颗粒型两种，其中颗粒型墨水有由金属氧化物颗粒、分散剂、表面活性剂、溶剂和其它助剂组成，需要在较高的烧结温度，这就限制了它在PET等柔性基材上的应用。本发明所涉及的氧化锌功能墨水由金属的前驱体、溶剂和一些助剂组成，为无色透明液体，无任何固体颗粒，可以通过多种印制手段或涂膜技术在柔性基板上印制线路或图案，并经过后续热处理获得氧化锌功能材料，在透明导电薄膜、平面显示器、太阳能电池透明电极、压敏元件、气敏元件等光电子器件中有广泛应用前景。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种印制电子用氧化锌墨水及其制备方法和使用方法，该墨水稳定性强，且制备方法简单易操作，成本低廉，无污染，保温温度低，易于实现工业化。
[0005]本发明的印制电子用氧化锌墨水，成分按质量百分比为，锌前驱体:螯合剂或络合剂:溶剂=(10 ?50% ): (25 ?66% ): (8 ?65% );其中:
[0006]锌前驱体，是硝酸锌、脂肪族羧酸锌、芳香族羧酸锌或脂环族羧酸锌中的一种或多种混合物；脂肪族羧酸锌、芳香族羧酸锌或脂环族羧酸锌，均具有1?3个羧基，0?2个羟基和1?17个碳原子；
[0007]螯合剂或络合剂，是氨水、脂肪胺、醇胺、酰胺或芳香胺中的一种或多种混合物；
[0008]溶剂，是水和脂肪醇中的一种或多种混合物；脂肪醇，均具有1?3个羟基和1?12个碳原子。
[0009]上述的印制电子用氧化锌墨水为无色透明液体，无任何固体颗粒，黏度为1?lOOOmPa.s，表面张力为20?50mN/m，在室温下存储6个月无任何颜色变化及沉淀生成。
[0010]本发明的印制电子用氧化锌墨水的制备方法，包括以下步骤:
[0011]按照印制电子用氧化锌墨水的配方，先将螯合剂或络合剂溶解于溶剂中，混合8?12min达到均匀后，再将锌前驱体加入到混合液中，在室温下搅拌0.5?12h至溶解，采用0.22?0.45 μπι的微孔滤膜过滤后，得到印制电子用氧化锌墨水。
[0012]上述印制电子用氧化锌墨水的制备方法中，锌前驱体加入到混合液时发生如下反应:
[0013]R-Zn+4R’ _NH2— Zn (R，-NH 2) 4R
[0014]其中，R表示硝酸锌、脂肪族羧酸锌、芳香族羧酸锌或脂环族羧酸锌中除锌以外的官能团，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团。
[0015]本发明的印制电子用氧化锌墨水的使用方法，包括以下步骤:
[0016]将印制电子用氧化锌墨水印刷或涂膜于基板上，在空气中，150?500°C条件下保温5?120min，得到氧化锌薄膜。
[0017]上述的印制电子用氧化锌墨水的使用方法中，加热温度在150?300°C时采用加热板进行加热，加热温度在301?500°C时采用马弗炉进行加热。
[0018]上述的印制电子用氧化锌墨水的使用方法中，所用的基板材料为玻璃、石英、PET、PI 和 PEN ο
[0019]本发明的有益效果:
[0020]1、本发明的印制电子用氧化锌墨水，稳定性强、成本低廉、无污染、固化温度低、制备工艺简单，克服传统氧化锌颗粒型墨水固有的缺点(稳定性低、烧结温度高等)，将该印制电子用氧化锌墨水应用于氧化锌薄膜的制备中，薄膜固化保温温度低，可应用于柔性基板，易于实现工业化。
[0021]2、印制电子用氧化锌墨水，无任何固体颗粒，黏度为1?lOOOmPa.s，表面张力为20?50mN/m，在空气中加热至150?500°C即可实现固化，加热后易于其在基板上附着成型；可采用多种印刷方法，如丝网印刷、喷墨打印、凹版印刷、凸版印刷、平板印刷等；也采用多种涂膜方法，如刮刀涂布、丝棒涂布、旋转涂布、喷涂、浸涂等；其中对于印刷方法，粘度范围在1?15mPa.s的墨水适用于喷墨打印，粘度高于15mPa.s的墨水适用于丝网印刷，凹版印刷等印刷方式。
[0022]3、印制电子用氧化锌功能墨水制备的氧化锌薄膜在可见光范围内透过率为34?90% ;与现有的ΙΤ0薄膜相比，透光率相同时，本方法制得的薄膜涂敷在柔性板时可达到弯折。
[0023]4、印制电子用氧化锌墨水制备的氧化锌薄膜可用于多种材质，如玻璃、石英及PET、P1、PEN等柔性基板，且与基板的附着性良好，用3M、600M胶带撕拉后无膜脱落。
【附图说明】
[0024]图1为实施例2氧化锌薄膜的XRD图。
[0025]图2为实施例7氧化锌薄膜的透过率曲线图。
【具体实施方式】
[0026]实施例中均米用型号为LVDV-1I+Pro，Brookfield Engineering Labs Inc.，USA的粘度计测试印制电子用氧化锌墨水的黏度，采用紫外可见分光光度计型号Lambda750S，Perkin-Elmer，America测试氧化锌薄膜在可见光范围内透过率。
[0027]实施例1
[0028]本实施例的印制电子用氧化锌墨水，成分按质量百分比为，乙酸锌:氨水:乙醇=10%:25%:65%。
[0029]本实施例的印制电子用氧化锌墨水的制备方法，包括以下步骤:
[0030]按照印制电子用氧化锌墨水的配方，先将氨水溶解于乙醇中，混合lOmin达到均匀后，再将乙酸锌加入到混合液中，在25°C下搅拌3h至溶解，采用0.22 μ m的微孔滤膜过滤后得到印制电子用氧化锌墨水。
[0031]本实施例的印制电子用氧化锌墨水的使用方法，包括以下步骤:
[0032]将印制电子用氧化锌墨水旋转涂膜于玻璃基板上，在空气中，采用加热板进行加热，250°C条件下保温lOmin，得到氧化锌薄膜。
[0033]本实施例印制电子用氧化锌墨水的黏度为1.9mPa.s ;经测试印制电子用氧化锌墨水的表面张力为30mN/m ;氧化锌薄膜在可见光范围内的透过率为74%，与基板的附着性良好，用3M、600M胶带撕拉后无膜脱落。
[0034]实施例2
[0035]本实施例的印制电子用氧化锌墨水，成分按质量百分比为，乙酸锌:乙二胺:异丙醇=45%:30%:25%o
[0036]本实施例的印制电子用氧化锌墨水的制备方法，包括以下步骤:
[0037]按照印制电子用氧化锌墨水的配方，先将乙二胺溶解于异丙醇中，混合8min达到均匀后，再将乙酸锌加入到混合液中，在25°C下搅拌0.5h至溶解，采用0.22 μ m的微孔滤膜过滤后得到印制电子用氧化锌墨水。
[0038]本实施例的印制电子用氧化锌墨水的使用方法，包括以下步骤:
[0039]将印制电子用氧化锌墨水刮刀涂布于石英基板上，在空气中，采用马弗炉进行加热，330°C条件下保温30min，得到氧化锌薄膜。
[0040]本实施例印制电子用氧化锌墨水的黏度为20.9mPa.s ;经测试印制电子用氧化锌墨水的表面张力为20mN/m ;氧化锌薄膜在可见光范围内透过率为81%，且与基板的附着性良好，用3M、600M胶带撕拉后无膜脱落。本实施例制备的氧化锌薄膜的XRD光谱图如图1所示，各处的衍射峰与氧化锌的标准卡片中的峰值匹配良好，由此可以断定所合成的透明薄膜为氧化锌薄膜。
[0041]实施例3
[0042]本实施例的印制电子用氧化锌墨水，成分按质量百分比为，丁酸锌:异丙胺:甲醇:乙二醇=40%:37%:15%:7%。
[0043]本实施例的印制电子用氧化