一种数码可控打印ITO纳米导线的方法技术

本发明专利技术为一种数码可控打印ITO纳米导线的方法。该方法以N，N

【技术实现步骤摘要】
一种数码可控打印ITO纳米导线的方法


[0001]本专利技术涉及一种数码可控打印ITO纳米导线的方法，属于先进材料制造领域。

技术介绍

[0002]氧化铟锡(ITO)作为一种宽带隙(3.5
‑
4.3eV)半导体具有良好的化学稳定性和导电性、较高的透明度以及耐酸碱腐蚀等优点，被广泛应用在传感、光伏、电子和信息等多个领域。通常，传统的ITO导电电极采用溅射、电子束蒸发等工艺制备而得，不仅设备昂贵、耗能高，而且ITO靶材的利用率低，存在稀有金属元素铟(In)的浪费。为了解决上述问题，人们开始采用静电纺丝的方法合成具有良好电导率的ITO一维纳米线，并应用于制备传感器等电子器件。然而，传统静电纺丝的方法制备的ITO一维纳米线杂乱无章，无序排列，未能挖掘无机纳米线克服传统光刻方法局限性的潜力。目前，还没有成熟的技术用来制备长度、方向、位置和数量等可控，能够大规模对齐的ITO纳米线阵列。综上所述，为了实现低成本、高产率、节能环保地制备大规模尺寸可调、有序排列的ITO纳米线阵列，亟需一种新的制备方法。
[0003]基于以上问题，本专利技术通过电流体打印技术制备ITO纳米导线，将功能性ITO前驱体直接打印到衬底上制备电子元器件和电路，不仅工艺简单、操作简便，具有低成本、高产率和节能环保等优点，还实现了纳米线的大规模尺寸可调和有序排列，充分挖掘了无机纳米线在克服传统光刻方法局限性的潜力。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种数码可控打印ITO纳米导线的方法；该方法以N，N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇为混合溶剂，溶解聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物制得前驱体溶液，然后利用电流体打印设备打印出ITO纳米导线阵列，最后经过一步高温退火，直接得到ITO纳米导线。本专利技术方法制备ITO纳米导线，不仅具有低成本、高产率、节能环保、工艺简单、操作简便、适宜大规模制备等优点，而且所制备的ITO纳米导线化学稳定性好、尺寸可调、可以有序排列，克服了现有技术制备纳米导线成本高、产率低、工艺复杂和环境不友好等缺点，适用于传感、光伏、电子和信息等多个领域。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种数码可控打印ITO纳米导线的方法，具体步骤如下：
[0007](1)N，N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇混合，配置混合溶剂；
[0008]其中，质量比N，N
‑
二甲基甲酰胺：无水乙醇＝1～20：1；
[0009](2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物溶于混合溶剂中，在20～70℃温度条件下搅拌0.5～24小时，配置打印所用前驱体溶液；
[0010]其中，质量比聚乙烯吡咯烷酮：硝酸铟水合物＝1：1～4，氯化亚锡二水合物：硝酸铟水合物＝1：1～20，前驱体溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为5％～20％；
[0011](3)利用电流体打印机，将前驱体溶液打印为纳米线；
[0012]其中，在注射器针头上施加0.5～3kV的高电压，将注射器针头到基板的距离设置为0.5～8mm，注射器的出液流量设置为1～250nL/min，基板的移动速度设置为50～1000mm/s；
[0013](4)将打印所得的纳米线在空气气氛中300～700℃温度条件下高温退火30～240min，最终得到ITO纳米导线。
[0014]所述ITO纳米导线的直径为100～6000nm，长度为0.01～20cm。多条纳米线之间的间距为10～2000μm。
[0015]本专利技术的实质特点为：
[0016]利用传统静电纺丝的方法制备ITO纳米线，注射器针头上施加的电压较高(约10～25kV)，注射器针头与基板距离较远(约10～25cm)，而在本专利技术中所需电压较低(约0.5～3kV)，针头与基板距离较近(约0.5～8mm)；此外，在传统静电纺丝方法中基板是固定不动的，而在本专利技术中基板以设置的速度高速运动，进而打印出有序、笔直且连续的ITO纳米导线，为无机氧化物半导体纳米线的可控制备开辟了路径。
[0017]与其他数码可控打印的方法制备导线的方案(包括金属铜、银等)相比，本方法制备ITO纳米导线，只需要高温退火，不需要在高温氢气氛围中还原，相比之下工艺简单、安全(氢气易爆炸)、节能环保。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]1、与传统的制备导电电极所采用的贵金属溅射与蒸发等方法相比，本专利技术制备的ITO纳米导线工艺简单、操作简便且不需要掩模板，充分显示了无机纳米线在克服传统光刻方法局限性的潜力；
[0020]2、与制备ITO导电电极所常用的溅射、电子束蒸发等工艺相比，采用本专利技术中的方法制备ITO纳米导线成本低、产率高、节能环保、环境友好；
[0021]3、与传统的静电纺丝方法所制备的ITO纳米线相比，本专利技术制备的ITO纳米导线长度、方向、位置和数量可控，可有序排列，能够直接实现图案化，在器件和电路的图案化设计和制备方面具有显著的优势和拓展空间，可根据需求选择性打印图案化的器件和电路；
[0022]4、本专利技术方法适用于Si/SiO2，Al2O3和玻璃等多种衬底，可应用于光伏、传感、电子和信息等多个领域，例如，在普通玻璃衬底上打印的ITO纳米线，具有优异的透光性能，可以作为导线和器件互连线，制备光电子元器件和电路，应用于显示和光电探测等领域。
[0023]5、与利用数码可控打印的方法制备金属导线(铜、银等)相比，采用本专利技术方法制备ITO纳米导线，高温退火后不需要在高温氢气氛围中进行还原，相比之下工艺简单、安全(氢气易爆炸)、节能环保，只需要一步高温退火便可得到纳米导线。
附图说明
[0024]图1是实施例1中ITO纳米导线电极的光学显微镜图片；
[0025]图2是实施例1中ITO纳米导线电极阵列的光学显微镜图片；
[0026]图3是传统静电纺丝方法所制备ITO纳米线的SEM图片，其中，图3A为空气中未热处理，图3B为氮气中500℃热处理，图3C为空气中1000℃热处理，图3D为氮气中1000℃热处理的ITO纳米线；
[0027]图4是在玻璃衬底上打印的ITO纳米导线电极阵列的数码照片；
[0028]图5是实施例1中ITO纳米导线电阻率测试示意图；
[0029]下面结合说明书附图和实施例对本专利技术进一步说明，但不仅限于此。
具体实施方式
[0030]实施例1
[0031](1)将质量比为20：1的N，N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇混合，配置混合溶剂；
[0032](2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物溶于混合溶剂中，在50℃温度条件下搅拌6小时，配置打印所用前驱体溶液；其中，质量比聚乙烯吡咯烷酮：硝酸铟水合物＝1：1.2，氯化亚锡二水合物：硝酸铟水合物＝1：6.5，前驱体溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为10.4％；
[0033](3)利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数码可控打印ITO纳米导线的方法，其特征为该方法包括如下步骤：(1)N，N
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二甲基甲酰胺和无水乙醇混合，配置混合溶剂；其中，质量比N，N
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二甲基甲酰胺：无水乙醇＝1～20：1；(2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物溶于混合溶剂中，在20～70℃温度条件下搅拌0.5～24小时，配置打印所用前驱体溶液；其中，质量比聚乙烯吡咯烷酮：硝酸铟水合物＝1：1～4，氯化亚锡二水合物：硝酸铟水合物＝1：1～20，前驱体溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为5％～20％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文涛，屈尚达，孙林，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：