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印刷电子工艺研究方向及其应用概述
时间:2015-06-13 07:22:25 点击数:

印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术。目前我国七大新兴行业中有五项和其紧密相关:新能源、新材料、信息产业、节能环保、电动汽车。印刷电子技术提供了一个可实现低成本生产的机遇,这让一些新型消耗性电子产品,如图1包括电子标签、印刷电子显示器、印刷电池和印刷集成电路等成为可能。例如,通过印刷技术制造的有机太阳能电池不仅具有轻薄、柔软的特性,还能提供不超过1美元/W的生产成本,仅为现有太阳能电池的25%~50%,所需的设备投资则可以降至目前的10%以下。印刷电子有着巨大的市场潜力,据估计将由2008年的9.53亿美元增长到2015年的300.75亿美元;其中,显示系统将由2.073亿美元增长到79.137亿美元,照明类将由1.419亿美元增长到24.405亿美元,无线射频识别(RFID)由0.355亿美元增长到126.643亿美元,其他(传感器、电池、光伏等)由5.684亿美元增长到70.564亿美元。

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图1 印刷电子的应用领域

在过去的50年中,硅基半导体微电子技术占据了电子技术的绝对主导地位。但由于硅基集成电路制造技术的日益复杂和所需要的巨大投资,硅基集成电路的制造完全垄断在全世界少数几家大公司手中。全球对于环境问题的重视也将促进印刷电子市场的进一步扩大。与传统使用真空系统制造方法相比,如图2所示,印刷技术可以将电路制造工序减少到原有的25%,同时大大减少能源、材料等的使用量。印刷电子技术能够有效地降低电子生产对环境所造成的负面影响。

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图2所需工序较少,节约能源与材料

国际上从事印刷电子技术研究的单位很多,如英国剑桥大学,美国斯坦福大学、澳大利亚的林茨约翰·开普勒大学,以及德国、瑞士和其他国家的研究机构等。国内从事印刷电子与相关技术研究的单位有武汉大学、中科院纳米研究所、中科院化学研究所,中科院长春应用化学研究所,沈阳自动化研究所,华南理工大学,上海交通大学,北京大学,吉林大学,南京邮电大学,苏州大学,合肥工业大学等。

目前我们在印刷电子工艺研究方向上的研究主要包括:研究金属氧化物、碳系透明导电薄膜的制备和光学性能(如图3);研究物理和化学反应对纳米铜颗粒包覆以提高其抗氧化性及其在电化学生物传感器方面的应用;研究电化学生物传感器的丝网印刷电极修饰和制备工艺;研究喷墨墨嘴喷射和墨滴形成模型,与基底材料匹配性和其对薄膜成膜性的影响(如图4)。

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图3 透明导电薄膜的制备和光学性能

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图4喷墨墨嘴喷射和墨滴形成模型

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(作者:周奕华副教授 责任编辑:余晔)