用于在基底上形成图案化的金属膜的组合物制造技术

本发明专利技术提出了用于在基底上形成图案化的金属薄膜的组合物。该组合物包括金属阳离子；和至少一种溶剂，其中在将至少金属阳离子暴露于低能量等离子体时，图案化的金属薄膜粘附到基底的表面。

Composition for forming a patterned metal film on a substrate

A composition for forming a patterned metal film on a substrate is proposed. The composition comprises a metal cation; and at least one solvent, wherein the patterned metal film is adhered to the surface of the substrate when at least the metal cation is exposed to a low-energy plasma.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在基底上形成图案化的金属膜的组合物相关申请的交叉引用本申请要求了2014年10月21日提交的美国临时申请No.62/066,392的权益，其内容通过引用并入本文。
本专利技术大体上涉及用于在基底上形成导电材料的技术和油墨组合物，并且具体涉及用于在基底上制造或印刷图案化的金属薄膜的技术。
技术介绍
有机的和印刷的柔性电子器件领域在发光、光能转换、微电子学和宏观电子学领域具有广泛的应用，是一个快速增长的领域。例如，由于其具有作为无机的(例如硅基薄膜晶体管和二极管)廉价替代品的技术潜力，有机场效应晶体管(OFET)和有机发光二极管(OLED)获得了极大的关注。此外，有机电子学可以提供具有新的吸引力性质的电子电路，例如柔性和透明度。有机电子器件的结构可以包括单层或多层有机材料和图案化的金属特征(例如电极)。然而，与有机层的电接触的形成还没有成熟到有效的工业制造工艺。这主要是由于目前使用的成本、材料和制造技术。具体地，在电子器件或电路中，利用有机材料对制造过程产生了某些限制，这最终限制了所制造的有机电子器件的功能。这是由于有机化合物的低合成温度(compositiontemperature)以及它们对不希望的化学反应的敏感性相对较高，这些不希望的化学反应破坏了其在制备过程中产生的功能。物理气相沉积(PVD)技术是用于形成具有有机层的金属电极的制造技术之一。PVD技术使用诸如加热或溅射的物理工艺来产生材料的蒸气，然后将其沉积在需要涂覆的物体上。PVD工艺通常用于制造因机械、化学或电子原因需要薄膜的物品。实例包括半导体器件，如薄膜太阳能电池板。PVD工艺主要是基于气相沉积方法，该方法易于损坏有机活性组分。例如，当利用PVD方法时，金属材料从固体源蒸发到位于与固体源有一定距离的基底上。此外，当利用PVD时，整个工艺在真空室中进行。在此工艺中，高能金属原子“轰击”基底表面，并能够渗入到有机材料中，从而严重损害有机表面。与使用PVD工艺相关的蒸发金属的损坏和损耗限制了用于制备有机电子器件的PVD方法的成本效率。用于形成金属电极有机层的另一种制造技术是化学气相沉积(CVD)。在CVD制造工艺中，将有机基底暴露于反应室中的高反应活性和腐蚀性(aggressive)试剂中，其对有机基底是有害的。用于在基底上形成金属膜的其它技术包括喷墨印刷、丝网印刷、气溶胶印刷和纳米压印光刻，所有这些技术都使用纳米颗粒分散体。在大多数实施方案中，在这些印刷工艺中使用的“油墨”是基于有机-配体稳定的金属纳米颗粒或金属有机化合物的分散体。金属膜的油墨基印刷(ink-basedprinting)可以集成在用于电子器件大规模制造的系统中。然而，由于这种油墨组合物的成本，现有的油墨基印刷工艺非常昂贵。具体地说，由于与油墨溶液的合成、分散、提纯和浓缩有关的处理步骤的次数，油墨的制造是昂贵的。此外，当涂覆到基底上形成膜时，使用当前可用的油墨溶液需要加热溶液。例如，用于在陶瓷基底上印刷的油墨组合物，其在现有溶液中使用，该油墨组合物包括作为粘结剂(bindingcomposition)并且熔点低于600℃的部分亚微米颗粒。暴露于高于粘结剂熔点的温度中时，这种粘结剂成为基底的一个组成部分。因此，提供一种用于在基底上形成图案化的金属膜的方法、系统和油墨组合物以克服现有技术的缺陷是有利的。
技术实现思路
下文公开了本专利技术的几个示例性实施例的概要。提供该概要是为了便于读者对这些实施例具有基本的理解，而不是完全限定本专利技术的范围。该概要不是所有预期实施例的完整概括，既不旨在区分所有实施例的关键或重要要素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一的目的是以简化形式呈现一个或多个实施例的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前序。为了方便，本文中可以使用术语“一些实施例”来表示本专利技术的单个实施例或多个实施例。所公开的实施例包括用于在基底上形成图案化的金属薄膜的油墨组合物。油墨组合物包含金属阳离子和至少一种溶剂，其中在将至少金属阳离子暴露于低能量等离子体时，图案化的金属薄膜就粘附到基底的表面。附图说明在本说明书结尾处的权利要求中，特别指出和清楚地要求保护本文所公开的主题。从以下与附图结合的详细的描述来看，所公开的实施例的前述和其它目的、特征和优点将是显而易见的。图1a至图1e是示出根据实施例在基底上形成图案化的金属薄膜的工艺的图；图2是示出根据实施例使用等离子体在基底上形成图案化的金属薄膜的方法的流程图；图3是根据本文公开的各种实施例在基底上构造以形成图案化的金属薄膜的机械的框图；图4是根据实施例在硅基底形式上形成的银金属膜的扫描电子显微镜(SEM)图像；图5是根据实施例在PET基底形式上形成的金金属膜的SEM图像。具体实施方式需要重点注意的是，本文公开的实施例仅仅是本文中创新教导的许多有利用途的示例。一般而言，在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制各种要求保护的实施例中的任何一个。此外，一些陈述可能适用于一些创造性特征但不适用于其他。通常，除非另有说明，否则单数元素可以是复数形式，反之亦然，而不失一般性。在附图中，相同的附图标记在几个视图中指代相似的部件。根据所公开的实施例，公开了用于在基底上形成图案化的金属膜薄的油墨组合物、机械和工艺。用于形成金属膜的工艺可以是任何制造、生产和/或印刷工艺。所公开的工艺部分地基于将具有采用油墨组合物涂覆的部件的基底暴露在等离子体中预定的时间。等离子体是低能量等离子体，例如射频(RF)等离子体或另一种非热等离子体。使用低能量等离子体能够使化学反应传导而不在基底的表面上产生高温。因此，所公开的工艺不会损坏或以其他方式损伤基底的表面或更深的层。应当注意的是，金属膜包括可以粘附或绑定至膜的任何金属特征。此外，本文所提及的金属膜的“金属”包括任何金属、金属合金和/或各种类型金属的混合物。图案化的金属特征可以是电极或任何无源电气元件。因此，本文公开的形成工艺和油墨组合物允许电子器件的低成本和批量生产，所述电子器件包括但不限于频率识别标签(RFID)、电子传感器、集成电子电路、柔性显示器、光伏器件、有机场效应晶体管(OTFT或OFET)、有机发光二极管(OLED)等。图1a至1e是示出根据实施例在基底上形成图案化的金属薄膜的工艺的示例性和非限制性图。参考图1a，该工艺在基底110上进行。基底110可以由这样的材料制成，该材料包括但不限于有机材料、陶瓷、硅、玻璃、纤维素纳米纤维等。此外，基底110可以由对高温敏感的材料制成，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。这样的基底通常是膜状或片状。在一个实施例中，基底110可以仅由有机材料制备，仅由无机材料制备，或者由有机和无机材料的组合或混合物制备。在一实施例中，在形成膜之前，可以可选地使用用于清洁基底的适当程序来首先清洁基底110。在一示例性实施例中，可以使用清洁溶液(例如异丙醇)的超声清洁程序。应当注意的是，在不脱离所公开的实施例的范围的情况下，可以利用其他的清洁程序。普通技术人员熟悉可用于此目的的其他清洁程序。对基底110进行处理，因此当涂覆这种油墨组合物时，仅仅基底110表面所希望的区域与油墨组合物反应或暴露于油墨组合物中。所希望的区域包括一个或多个图本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在基底上形成图案化的金属薄膜的油墨组合物，包括：金属阳离子；和至少一种溶剂，其中在将至少金属阳离子暴露于低能量等离子体时，图案化的金属薄膜粘附在基底的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.21 US 62/066,3921.用于在基底上形成图案化的金属薄膜的油墨组合物，包括：金属阳离子；和至少一种溶剂，其中在将至少金属阳离子暴露于低能量等离子体时，图案化的金属薄膜粘附在基底的表面。2.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中在暴露于低能量等离子体时，所述基底表面的温度在50℃和70℃之间，包括50℃和70℃。3.根据权利要求1所述的油墨组合物，还包括：用于稳定所述金属阳离子的反离子有机配体。4.根据权利要求1所述的油墨组合物，还包括：至少一种添加剂，用于增加所述油墨组合物的粘度。5.根据权利要求4所述的油墨组合物，其中所述至少一种添加剂是有机分子、聚合物、导电聚合物、碳纳米管(CNT)、增浓剂和表面活性剂中的任何一种。6.根据权利要求4所述的油墨组合物，其中油墨组合物的粘度在0.001Pa·s和0.5Pa·s之间，包括0.001Pa·s和0.5Pa·s。7.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物是溶液、分散体、悬浮液、凝胶和胶体中的任何一种形式。8.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述金属阳离子选自由M(NO3)n、M(SO4)n、MCln和HmMCln+m组成的组，其中“M”是化合价为“n”的金属原子，H是氢，NO3是硝酸根，SO4是硫酸根，Cl是氯，并且“m”是反离子的化合价。9.根据权利要求8所述的油墨组合物，其中所述金属原子是金、银、铜和金属合金中的至少任何一种。10.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述金属阳离子的浓度在1wt％和70wt％之间，包括1wt％和70wt％。11.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述至少一种溶剂是醇、水、甲苯、二甲基亚砜(DMSO)、甲酰胺、乙二醇、丙二醇、甘油、碳酸亚丙酯和乙腈中的任何一种。12.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述至少一种溶剂是至少两种类型的溶剂的混合物。13.根据权利要求12所述的油墨组合物，其中所述至少两种类型的溶剂包括至少一种高表面张力溶剂和一种低表面张力溶剂。14.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述至少一种溶剂包括100wt％的一种类型的溶剂。15.根据权利要求10所述的油墨组合物，其中所述金属阳离子包括AgNO3，其中所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·扎莫什奇克，
申请(专利权)人：奥雷尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL