在柔性基板上形成电子器件的方法技术

一种在不使用丙酮溶剂的情况下在柔性基板(30)上形成电子器件(20)的方法，包括以下步骤：在多孔膜片(10)上打印疏水性掩模(12)，以在其上形成与所期望图案互补的图案；通过所述多孔膜片的非打印区域(11)来过滤电子材料(22)的水性悬浮液，由此在所述非打印区域上沉积遵循所述期望图案的一些电子材料；将所述柔性基板压贴所述膜片的打印面，以将沉积到所述多孔膜片上的构图的所述电子材料转印到所述柔性基板，以在其上形成所述电子器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在柔性基板上形成电子器件的方法本申请要求2014年6月20日提交的欧洲专利申请No.14382240.1的权益。本专利技术涉及在合适的柔性基板上形成电子器件的方法和包括用这种方法制造的电子器件的装置。这种器件可以是例如电极或电极阵列或(更常见地)电子平台。这种类型的器件可用于制造太阳能电池、发光二极管(LED)、场效应晶体管(FET)、超级电容器、生物传感器等。这种装置的一种令人感兴趣的材料是氧化石墨烯(GO)，氧化的(oGO)或还原的(rGO)，但是也可使用其他材料，如同例如金纳米颗粒、碳纳米管、CdSe或CdTe量子点、或甚至复合材料。通过旋涂、自组装、真空过滤或溶剂交换来驱动基于氧化的氧化石墨烯(oGO)的平台的发展并且可使用纳米光刻技术、微接触技术或喷墨技术进行构图。这些方法涉及长制造周期、高成本、高技能和洁净的房间设施。除此之外，在设计如同晶体管或电容器的简单装置时，该方法并不通用和有效。WO2007035838A2公开了使用膜片阻挡经由过滤处理在膜中制作测微图案的低温方法，在该方法中，在膜形成处理之前，阻挡多孔过滤膜片的选定区域，使得选定区域没有向溶液提供流过多孔性。用丙酮溶解膜片，以在刚性基板上留下构图后的膜。Eda等人在“Large-areaultrathinfilmsofreducedgrapheneoxideasatransparentandflexibleelectronicmaterial”(NatureNanotechology3，270-274(2008))中公开了基于溶液的方法，该方法允许大面积地均匀且可控制地沉积还原的氧化石墨烯。真空过滤涉及通过平均孔径为25nm的商用混合硝酸纤维素酯(NCM)过滤GO悬浮液。当通过该膜片过滤悬浮液时，液体能够穿过孔，但GO片材变得堆积到膜片上。可通过将膜片布置成膜面朝下并且用丙酮溶解膜片来转移所堆积的GO，从而留下均匀的GO薄膜。改变主题，Lu等人在“Fabricationandcharacterizationofpaper-basedmicrofluidicspreparedinnitrocellulosemembranebywaxprinting”(AnalyticalChemistry82,329-335(2010))中公开了在膜片中形成疏水区域的蜡构图处理。本公开教导了将oGO和其他合适的电子材料构图并且转印到柔性基板上的方式，这些方式组合、超越并且简化了所指出的技术。本公开料想到一种在柔性基板上形成电子器件的方法，该方法包括以下步骤：-在多孔膜片上打印疏水性掩模，以在该多孔膜片上形成与期望图案互补的图案；-通过所述多孔膜片的非打印区域来过滤电子材料的水性悬浮液，由此在所述非打印区域上沉积遵循所述期望图案的一些电子材料；-贴着所述膜片的打印面挤压所述柔性基板，以将沉积到所述多孔膜片上的构图后的所述电子材料转印到所述柔性基板，以在所述柔性基板上形成所述电子器件；其中，在不使用丙酮溶剂的情况下执行所述方法。所述处理步骤提供了一种成本低的柔性基板，该柔性基板的表面上具有电子材料(例如，氧化石墨烯-GO)的图案，从而在柔性基板上形成电子器件。可省去丙酮溶剂，因为可使压力强得足以被成功施加在电子材料(例如，GO网)和柔性目标基板之间。这意味着，压力足以克服疏水性掩模(在蜡打印的情况下，具有大约25μm的高度)并且实现GO网和目标基板之间的直接接触。可通过例如垂直压力或类似辊对辊的压力执行将电子材料转印到目标基板上。转印现象与多孔膜片的疏水性相关并且和GO湿度相关，这例如使NCM为良好膜片以容易释放GO。在一些实验中，通过仅重新润湿NCM，在一个月之后，转印保持完美地有效。该方法利用了真空过滤技术的多样性、通过掩模打印对多孔膜片成形的能力、以及电子材料与膜片之间的范德华相互作用的微弱性(在电子材料与柔性基板之间，范德华相互作用较强)来创建用于工业制造电子器件(可以是透明的，参见以下)(例如，多电极阵列)的简单打印处理，并且该方法实现了这三种技术之间的融合。该电极打印技术就便利度、成本和应用而言优于已知制造方法。例如，不需要使用洁净室，也不使用丙酮溶剂。关于应用，它为传感器和生物传感器的即时、低成本工业制造和3D构架做好准备构图后的电子器件不需要是导电的。例如，oGO不导电，但其还原形式rGO是导电的。可使用由oGO制成的电子结构作为绝缘体或半导体；并且可使用掺杂的但未还原的oGO作为LED。如已经提到的，多孔膜片可由硝酸纤维素制成，但还可使用诸如PTFE、纸等其他材料。依赖于电子和膜片材料，在氧化石墨烯的情况下，孔径可在0.01μm到0.3μm之间，更精确地在0.015μm到0.1μm之间，以及优选地在0.02μm到0.03μm之间。如以上提到的，疏水性掩模的打印材料可以是蜡，但还可使用在喷墨和丝网打印技术中通常使用的其他疏水性聚合物。所述柔性基板可以是有机的，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在示例中，可通过挤压来执行转印的步骤，所述挤压施加例如500kg到700kg之间的力。所述挤压可通过粘附了所述柔性基板的压印件来进行。在示例中，所述柔性基板可以是片材，例如，连续片材，并且可用辊对辊硬件来执行所述转印步骤，在这种情况下，用于打印所述疏水性掩模的打印机可与所述辊对辊硬件形成一体。所述方法允许有好的通用性，例如，所述电子器件可以是叉指电极，圆形或其他，或电极微阵列。所述电子器件可以是透明或半透明的。例如，在氧化石墨烯的情况下，rGO浓度的减小得到透明性增高，因为透明性与已转印的层的数量成反比。也就是说，如果过滤了较高的GO浓度，则因透明性降低，导致制作较大量的层和较大的垂直高度。所以，通过控制所转印层的数量，还可控制电子器件的厚度进而透明性。本公开还料想到一种包括用以上公开的方法制成的电子器件的装置。将参照附图，仅仅以非限制示例的方式在下面描述本公开的一些示例，在附图中：图1示意性示出在柔性基板上形成构图后的电子器件的方法的一些步骤；图2示意性示出打印步骤；以及图3至图6示出构图后的电子器件的示例。参照图1，图1a表示多孔膜片10，例如，具有大致25nm的孔径的亲水性硝酸纤维素膜片(NCM)。图1b示出打印到多孔膜片上的疏水性掩模12，例如，具有大致25μm的高度的打印了蜡的掩模(WPM)。掩模12遵循与电子器件或结构20的期望图案互补的图案(参见图1b和图1e)，并且留下达到膜片10的表面的对应开口11。图1c示出由于通过多孔膜片对电子材料的悬浮液进行真空过滤而沉积在多孔膜片10的非打印区域上的电子材料22，该电子材料例如非导电氧化石墨烯(oGO)，该悬浮液例如水性悬浮液，非打印区域上即掩模12所留下的开口11上。也就是说，液体例如水通过膜片10过滤并且电子材料22沉积到开口11内(回想打印掩模12是疏水性的)和多孔膜片的非打印区域上。由于打印掩模12遵循与电子器件的期望图案互补的图案，因此沉积的电子材料22遵循该期望图案。图1d示出多孔膜片10、打印掩模12和电子材料22的组件被翻转并且贴着柔性基板30(例如，PET)由施加例如600kg的力的挤压压印件50(例如，PDMS压印件)挤压。该组件与基板30接触的面是具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在柔性基板上形成电子器件的方法，该方法包括以下步骤：‑在多孔膜片上打印疏水性掩模，以在该多孔膜片上形成与期望图案互补的图案；‑通过所述多孔膜片的非打印区域来过滤电子材料的水性悬浮液，由此在所述非打印区域上沉积遵循所述期望图案的一些电子材料；‑贴着所述膜片的打印面挤压所述柔性基板，以将沉积到所述多孔膜片上的构图后的所述电子材料转印到所述柔性基板，以在该柔性基板上形成所述电子器件；其中，在不使用丙酮溶剂的情况下执行所述方法。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 EP 14382240.11.一种在柔性基板上形成电子器件的方法，该方法包括以下步骤：-在多孔膜片上打印疏水性掩模，以在该多孔膜片上形成与期望图案互补的图案；-通过所述多孔膜片的非打印区域来过滤电子材料的水性悬浮液，由此在所述非打印区域上沉积遵循所述期望图案的一些电子材料；-贴着所述膜片的打印面挤压所述柔性基板，以将沉积到所述多孔膜片上的构图后的所述电子材料转印到所述柔性基板，以在该柔性基板上形成所述电子器件；其中，在不使用丙酮溶剂的情况下执行所述方法。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子材料是氧化石墨烯。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多孔膜片由硝酸纤维素制成，所述多孔膜片的孔径在0.01μm到0.3μm之间。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述疏水性掩模的打印材料是蜡。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·C·马约尔加·马丁内斯，L·M·巴普蒂斯塔·皮雷斯，A·梅尔库奇·希卡，
申请(专利权)人：卡塔拉纳米科学与技术研究院基金会，加泰罗尼亚调研高等研究学院，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES