一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法技术

本发明专利技术属于喷墨打印电子器件的技术领域，公开了一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法。热处理方法为：(1)溶液的配制：采用溶剂将聚合物和金属氧化物的前驱体配成溶液；所述溶液为添加了聚合物的能够采用溶胶凝胶法成膜的体系；所述聚合物为水溶性聚合物；(2)喷墨打印薄膜：将步骤(1)的溶液喷墨打印成膜，获得凝胶化薄膜；(3)热处理：将凝胶化薄膜于60～80℃干燥15～48h，然后梯度退火，最后高温热处理，获得打印薄膜。本发明专利技术的热处理方法减少了喷墨打印薄膜表面裂纹，使得所制备的薄膜表面平整与致密，提高了薄膜的性能。

A heat treatment method for reducing surface crack of inkjet printing film

The invention belongs to the technical field of inkjet printing electronic devices, and discloses a heat treatment method for reducing surface cracks of inkjet printing film. The heat treatment method is as follows: (1) solution preparation: polymer and metal oxide precursors are mixed into solution by solvent; the solution is a system capable of forming film by sol-gel method with polymer added; the polymer is a water-soluble polymer; (2) ink-jet printing film: the solution of step (1) is inkjet printed into film; (3) heat treatment: the gelatinized film was dried at 60-80 C for 15-48 h, then annealed gradiently, and then heat treated at high temperature to obtain the printed film. The heat treatment method of the invention reduces the surface cracks of the ink jet printing film, makes the prepared film surface smooth and compact, and improves the performance of the film.

【技术实现步骤摘要】
一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法
本专利技术属于喷墨打印电子器件的
，具体涉及一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法。
技术介绍
喷墨打印技术是直接将材料沉积在基板上，并且通过计算机辅助设计，可以方便地实现图案化的制作。目前，用喷墨打印法实现电子器件的制作也是很新颖的课题，喷墨打印法具有很好的应用前景。在喷墨打印薄膜时，薄膜的制备方法包括溶胶凝胶法。通过喷墨打印方式可以精确地将材料沉积在适当的位置制备所需的薄膜。溶胶凝胶法是将金属盐溶于水或醇等极性溶剂，形成金属氧化物前躯体，喷墨打印成膜后进行热处理，排除有机成分，生成金属氧化物结构的薄膜。金属氧化物前驱体制备薄膜时，喷墨打印的液膜厚度一般较小，由于凝胶化发生在溶剂大量挥发之后，因此直接高温退火不容易造成薄膜破裂。但是溶胶凝胶体系在引入聚合物后，由于具备在较低温度下凝胶化的性能，这种情况下，凝胶后溶剂挥发较少，大多被限定在聚合物分子链形成的三维网络间。在进行热处理时，溶剂从网络中逸出，形成毛细应力，由于聚合物凝胶骨架强度较小，直接进行高温热处理时，在毛细应力的作用下聚合物骨架会断裂，极易产生裂纹。因此直接热处理的方法不适用于制备含聚合物的凝胶化的薄膜。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法。本专利技术针对喷墨打印中，溶胶凝胶法制备的薄膜表面产生裂纹的技术问题，采用先低温干燥，然后进行梯度退火，最后高温退火的热处理工艺实现了薄膜表面的平整与致密，减少了裂纹的产生。本专利技术在溶剂挥发较慢的温度区间内停留较长时间，使大部分溶剂均匀缓慢地挥发而不产生过大的应力不均，而后采用梯度退火，使凝胶中的残余溶剂充分排出，最后高温退火得到氧化物结构。这种方法适用于在热处理温度下即发生凝胶的体系。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法，包括以下步骤：(1)溶液的配制：采用溶剂将聚合物和金属氧化物的前驱体配成溶液；所述溶液为添加了聚合物的能够采用溶胶凝胶法成膜的体系；所述聚合物为水溶性聚合物；(2)喷墨打印薄膜：将步骤(1)的溶液喷墨打印成膜，获得凝胶化薄膜；(3)热处理：将凝胶化薄膜于60～80℃干燥15～48h，然后进行梯度退火，最后高温热处理，获得打印薄膜。步骤(3)中所述梯度退火是指在依次增大的不同温度下进行保温，依次增大的不同温度取自100～150℃包括端点；所述不同温度中相邻温度间的梯度为5～20℃；所述不同温度的个数≥3；每一个温度下保温的时间为3～10min；步骤(3)中所述高温热处理的温度为250～400℃，高温热处理的时间为30～60min。步骤(1)中所述金属氧化物前驱体为氧化锆前驱体、氧化铝前驱体、氧化铪前驱体或氧化锡前驱体；氧化锆前驱体为八水合氯氧化锆、醋酸锆、乙酰丙酮锆、硝酸锆；所述氧化铝前驱体为硝酸铝或醋酸铝；所述氧化铪前驱体为八水合氧氯化铪或氯化铪；所述氧化锡前驱体为氯化锡；氧化锆前驱体为八水合氯氧化锆时，溶剂为乙二醇与乙二醇单甲醚、乙醇、乙二醇乙醚、异丙醇、丙醇中的一种以上的混合物；氧化锆前驱体为醋酸锆时，溶剂为乙二醇；氧化锆前驱体为硝酸锆时，溶剂为乙二醇单甲醚；氧化锆前驱体为乙酰丙酮锆时，溶剂为乙二醇、甲醇、水；氧化铝前驱体为硝酸铝或醋酸铝，溶剂为乙二醇或乙二醇单甲醚；氧化铪前驱体为八水合氧氯化铪或氯化铪，溶剂为乙二醇和/或乙二醇单甲醚；氧化锡前驱体为氯化锡时，溶剂为乙二醇和/或乙二醇单甲醚。步骤(1)中所述聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸或聚乙烯吡咯烷酮。所述聚合物的用量为溶剂质量的0.25％～3％。步骤(1)中所述金属氧化物的前驱体在溶剂与聚合物中的浓度为0.1～1.0M(mol/L)；步骤(1)中所述溶液的配制具体步骤为：将聚合物溶于溶剂中，然后加入金属氧化物的前驱体，搅拌溶解，陈化，得到所需溶液；所述陈化的时间为24～72h；所述聚合物溶于溶剂中是指在45～60℃下搅拌溶解。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术将添加有聚合物且通过溶胶凝胶法成膜的体系通过喷墨打印形成的凝胶化膜采用先低温干燥，然后进行梯度退火，最后高温退火的热处理工艺，减少喷墨打印薄膜表面裂纹，使得所制备的薄膜表面平整与致密，提高了薄膜的性能。附图说明图1为喷墨打印的凝胶化膜直接进行高温热处理后，薄膜的偏光显微镜图；图2为实施例1中采用本专利技术的热处理方法，最后所形成薄膜的偏光显微镜图。具体实施方式下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。聚合物的分子量为40000～130000。实施例1一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法，包括以下步骤：(1)清洗配制溶液的容器清洗：将配制溶液的容器依次置于异丙醇和去离子水中，超声清洗15min，取出，烘干；衬底的清洗：将衬底依次置于异丙醇和去离子水中，超声清洗15min，取出，烘干；磁力转子清洗：将磁力转子依次放入装有异丙醇、四氢呋喃、碱性洗涤液、去离子水、异丙醇的容器中进行超声振荡，每次清洗持续5min，其中去离子水的清洗需要两次，清洗完毕后放入烘箱内干燥；(2)溶液配制：在容器中，将乙二醇与聚丙烯酰胺(分子量40000)混合(聚丙烯酰胺的用量为乙二醇质量的0.5％)，于60℃磁力搅拌5h，使其溶解；然后加入乙二醇甲醚(乙二醇甲醚与乙二醇等体积)，磁力搅拌至溶液澄清，最后加入八水合氯氧化锆(八水合氯氧化锆在乙二醇、聚丙烯酰胺以及乙二醇甲醚中的浓度为0.3M)，进行磁力搅拌使其溶解，陈化24h后备用；(3)喷墨打印薄膜：将步骤(2)的溶液(即墨水)灌装进卡夹，采用打印机(Dimatix2800)进行喷墨打印；打印的条件为：所用衬底为ITO玻璃，打印时打印机基板设为25～50℃，喷头电压为30～40V，喷头温度70℃，墨滴间距可取30～45μm35μm；打印完成后，将基板升温至40～60℃，静置10～15min，待液膜完全凝胶，得到凝胶化薄膜；(4)热处理薄膜：将凝胶化薄膜放入70℃烘箱中干燥20h，然后在热台上进行梯度退火，温度依次设置为120℃、130℃、140℃、150℃，每个温度下保温10min，最后在350℃加热40min。表面裂纹观察：将上述实施例1中步骤(3)所获得凝胶化膜直接在350℃加热40min，然后采用偏光显微镜观察所获得的薄膜表面，测试结果如图1所示。采用偏光显微镜观察实施例1中采用本专利技术的热处理方法最后所形成的薄膜的表面，测试结果如图2所示。从图1中可知，通过喷墨打印的凝胶膜直接进行高温热处理，薄膜的表面存在大量的裂纹。而图2中，通过喷墨打印的凝胶膜通过低温干燥以及梯度退火和高温热处理，所获得薄膜表面无明显裂纹，薄膜质量较好。直接高温处理时，溶剂剧烈挥发，薄膜表面产生极多裂纹；本专利技术的热处理方法中，溶剂挥发过程较为缓和，未破坏凝胶骨架结构，烧结后其表面无明显裂纹，薄膜质量较好。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)溶液的配制：采用溶剂将聚合物和金属氧化物的前驱体配成溶液；所述溶液为添加了聚合物的能够采用溶胶凝胶法成膜的体系；所述聚合物为水溶性聚合物；(2)喷墨打印薄膜：将步骤(1)的溶液喷墨打印成膜，获得凝胶化薄膜；(3)热处理：将凝胶化薄膜于60～80℃干燥15～48h，然后进行梯度退火，最后高温热处理，获得打印薄膜；步骤(3)中所述梯度退火是指在依次增大的不同温度下进行保温，依次增大的不同温度取自100～150℃包括端点；所述不同温度中相邻温度间的梯度为5～20℃；所述不同温度的个数≥3；每一个温度下保温的时间为3～10min；步骤(3)中所述高温热处理的温度为250～400℃。

【技术特征摘要】
1.一种减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)溶液的配制：采用溶剂将聚合物和金属氧化物的前驱体配成溶液；所述溶液为添加了聚合物的能够采用溶胶凝胶法成膜的体系；所述聚合物为水溶性聚合物；(2)喷墨打印薄膜：将步骤(1)的溶液喷墨打印成膜，获得凝胶化薄膜；(3)热处理：将凝胶化薄膜于60～80℃干燥15～48h，然后进行梯度退火，最后高温热处理，获得打印薄膜；步骤(3)中所述梯度退火是指在依次增大的不同温度下进行保温，依次增大的不同温度取自100～150℃包括端点；所述不同温度中相邻温度间的梯度为5～20℃；所述不同温度的个数≥3；每一个温度下保温的时间为3～10min；步骤(3)中所述高温热处理的温度为250～400℃。2.根据权利要求1所述减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法，其特征在于：步骤(3)中高温热处理的时间为30～60min；步骤(1)中所述金属氧化物前驱体为氧化锆前驱体、氧化铝前驱体、氧化铪前驱体或氧化锡前驱体。3.根据权利要求2所述减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方法，其特征在于：氧化锆前驱体为八水合氯氧化锆、醋酸锆、乙酰丙酮锆、硝酸锆；氧化铝前驱体为硝酸铝或醋酸铝；氧化铪前驱体为八水合氧氯化铪或氯化铪；氧化锡前驱体为氯化锡。4.根据权利要求3所述减少喷墨打印薄膜表面裂纹的热处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，朱镇南，姚日晖，蔡炜，魏靖林，李晓庆，张啸尘，周尚雄，袁炜健，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44