利用胶乳液制备有机功能材料图案的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机材料层的加工制备方法和应用，特别是涉及一种图案化的有机功能材料层的制备方法和应用，应用于现代电子功能材料及器件制备工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]有机功能材料是具有光、电、磁物理性能的有机分子和聚合物以及由有机材料所组成的信息和能量转换器件的有机固体材料的统称。
[0003]有机功能材料以其独有的功能性、易加工性、经济性等性质而比金属、陶瓷更富有竞争性。以功能特性划分的各类电子材料及器件构成了新型的电子敏感材料及传感器、压电铁电材料及换能器、驻极体材料及换能器、导电材料及器件、光电子材料及器件、生物材料及器件和分子电子学器件等几大类具有广泛应用的现代电子功能材料及器件，并朝着材料的灵巧及智能化方面发展。
[0004]而其中，将有机功能分子图案化在电子学、光子学、光电子学、基于生物芯片的检测、生物传感器阵列等领域都具有巨大的应用价值。随着有机薄膜场效应晶体管的迅速发展，有机薄膜制备过程中合适的图案化处理，能有效的提髙器件性能，集成水平等。不同性质的有机发光分子对气体分子有特异性响应，根据这一原理，利用有机发光分子图案化来制备气体传感器，具有巨大的应用价值。显示器的基本元素一像素，包括红、绿、蓝三基色，工作原理是通过调节电压大小，来控制三基色发光的合适配比，得到显示器需要的任何颜色，众多像素就构成了我们看到的多彩的显示器。所以，制备加工OLED显示器过程中，将有机发光分子图案化，排列组成像素也是不可或缺的一个过程。
[0005]有机功能材料图案化有很多方法，如光刻，压印，掩膜法等。但是传统的制备方法都有一些制备上的缺点和局限性，例如:电子束光刻和紫外光刻法这两种应用最广泛的技术不能用于有机分子图案化，因为电子束和紫外光会对有机分子产生破坏作用；对于掩膜法，其本身的产额和均一性可以达到要求，但是，其分辨率不高；直写法的均一性和分辨率比较高，但是，其产额太低，基本无法实现产业化；对于压印法而言，分辨率和产额比较高，但是其均一性差。为了解决以上问题，有科学家提出真空中有机功能分子图案化技术，利用光刻等技术刻蚀出金图案，由于金的表面能比较高，加热后，有机功能分子选择性的沉积在金的表面，从而制备出图案化的有机功能分子。这种技术的缺点就是需要在真空中进行，条件比较苛刻。为了克服此缺点，他们对真空环境进行改进，提出了一种在大气中有机功能分子光刻兼容图案化的方法，在大气中，成功的实现了有机功能分子选择性的沉积在金表面上，制备出图案化的有机功能分子阵列。但是，在大气中的实验也有另一个缺点:实验的过程需要加热，而加热条件下，有些有机分子容易分解或者挥发，同时，大气中的实验，液体沿着金表面流动，速度比较缓慢，时间比较长，产率不高。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用胶乳液制备有机功能材料图案的方法及其应用，其图案化方法发生在胶乳液里，避免了光刻技术等损害材料功能的不利环境，因此可以有效地保护材料的功能性，不需要真空环境，而且过程无需加热，解决了有机材料受热分解等问题，实现了一种具有制备高分辨率、大面积、低成本的有机功能材料图案制备工艺，本发明工艺可兼容光刻技术，具有产业化应用前景。
[0007]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种利用胶乳液制备有机功能材料图案的方法，包括如下步骤:
a.将经过洁净处理后的基底表面上修饰生成一层疏水物质或亲水物质，然后对基底表面依次进行清洗、干燥和烘烤，使基底表面上附着的疏水物质液膜或亲水物质液膜进行固化，制备得到疏水性基底或亲水性基底；优选所述基底的材料为硅、氧化硅、氧化铝、氧化铟锡或有机材料；优选所述基底的材料为柔性有机材料；优选所述基底的材料为柔性PET材料；基底的材料对沉积的选择性有很大的影响；
b.对在经过所述步骤a中进行修饰得到的基底表面进行图案化处理，并沉积一层有利于有机功能材料沉积的吸附材料层，在基底表面形成图案化的吸附区，吸附材料层采用与基底有不同表面能的材料制备而成，从而在基底上引入吸附材料层预图案；对基底表面进行图案化处理时，优选采用电子束光刻法、光学光刻法、软光刻法、掩膜法或扫描探针显微镜光刻法在基底表面产生吸附区图案；当本发明制备的吸附区采用电子束光刻法产生时，由于电子束光刻可以制作具有亚微米分辨率的图案，电子束光刻是一个串处理过程，产生图案过程中需要电子束扫描过整个图案区域，对大多数应用而言，其产率很低，当然，其产率取决于电子束扫描速度，如果所需要沉积区面积较小，也就是说只有整个面积的小部分需要用电子束来处理，电子束光刻任然是一种比较有竞争力的方法；当本发明制备的吸附区采用光学光刻法产生时，由于光学光刻是一种很快的转移模板图案的方法，如果所需沉积区面积比较大，光学光刻是产生这些沉积区的有效方法；当本发明制备的吸附区采用软光刻法产生时，优选接触打印方法和纳米压印方法，是另外一种有效地可供选择的在基底上引进沉积区的方法，其使用弹性材料或者硅为印章的软光刻方法是一种可以用来批量生产小图案的低成本方法，制备的图案像素最小至30纳米；当本发明制备的吸附区采用扫描探针显微镜光刻法产生时，利用针尖在基底表面机械地移动，使其变形或者改变化学性质在扫描探针光刻，也能用来有效制作沉积区；
c.采用不互溶的极性不同的两种物质制备胶乳液，并将有机机功能材料溶于胶乳液中，有机功能材料仅能溶解于其中的一种物质中且不溶于其中的另一种物质；优选采用两种不互溶的溶液并利用超声的方法制备胶乳液；制备胶乳液时采用的两种极性不同的不互溶的物质，其中相对极性较大的一种物质优选采用水、二甲基亚砜和甲醇中的任意一种或任意几种的混合物，其中相对极性较小的一种物质优选采用己烷和环己烷的任意一种或两种的混合物；所述有机功能材料优选采用聚合物有机功能分子材料；
d.当采用的有机功能材料与基底的作用较弱，而导致有机功能材料分子在所述步骤b中制备的吸附区外的基底表面上无法形核凝固时，将具有在所述步骤b中制备的吸附材料层预图案的基片浸入在所述步骤C中制备的胶乳液中，基片浸入胶乳液静置时间长度根据所需厚度进行控制，浸入时间结束后，再将基片从胶乳液中取出，然后待基片表面附着的溶液挥发，在基片表面的图案化的吸附区上布满有机功能材料分子，即在基片表面吸附的有机功能材料层保留下来形成所需图案，从而在基底上制备出有机功能材料层的图案。
[0008]作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，当制备疏水性基底时，采用的疏水物质为氯硅烷、氟硅烷或HMDS ;则然后在所述步骤b中，吸附材料层主要采用金或银制备而成。
[0009]作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，在所述步骤b中，当吸附材料层主要采用金制备而成时，采用真空气相沉积方法依次在在基底表面上沉积厚度为2-3nm的Ti层和厚度为20nm的Au层，从而在基底上制备出Au层预图案。
[0010]作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，在所述步骤c中，所述有机功能材料为罗丹明6G或FITC。
[0011]作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，在所述步骤a中，首先将基底分别用氯仿、丙酮、乙醇和水超声处理后，然后用氮气将清洗后的基底吹干备用，然后配置由疏水物质形成的疏水物质溶液，再将干燥洁净的基底置入疏水物质溶液中静置5-7小时，再将基底取出，然后分别用氯仿、丙酮、乙醇冲洗，用氮气将表面附着疏水物质液膜的基底吹干，再对疏水物质液膜进行烘烤，制备得到疏水性基底。
[0012]作为一种利用本发明胶乳液制备有机功能材料图案的方法的应用，其应用于制备有机半导