基于材料浸润性的高精度喷墨印刷电子技术的研究

Ink-jet printing is a novel processing-technology offering advantages of low-cost and high-efficiency in patterned functional material preparation. According to the existing research results, flexible and printable optoelectronic devices can be realized by this novel process. However, limited by the low printing precision, the current device performance is unsatisfactory. To solve this issue, we propose to carry out the following research: Firstly, study the role of surface energy barrier in ink deposition on patterned superomniphobic substrate, to achieve the high resolution ink-jet printing technology. Secondly, reveal the inner flow by analyzing the impacting droplet shapes, to achieve a membrane with good uniformity from suspension. Finally, study the critical influencing factor of membrane uniformity while printing solution, and reveal the related working mechanism. This investigation is quite meaningful to help us to understand the microfluidic characteristics during printing, and also to help us to build an advanced ink-jet printing technology with high resolution and good uniformity.

喷墨打印是一种高效、经济的光电功能材料图案化制备技术。我们的研究表明，借助喷墨打印技术可实现柔性印刷式光电功能器件，然而由于受到现有喷墨打印技术精度低的限制，器件性能有待进一步提高。本项目拟通过：1）制备图形化超疏液材料，在基材表面产生浸润性差异，研究表面能壁垒在墨滴定位沉积过程中的作用机制，实现高分辨率、自动对位的喷墨打印技术；2）分析喷墨打印墨滴在基材表面的动态接触形态，研究墨滴内部微观流动规律，发现高均质性悬浮颗粒沉积薄膜的形成机制；3）研究喷墨打印溶液成膜均质性的影响参数及其作用机制，得到高均质性的溶液沉积薄膜。通过本课题的开展，为实现高分辨率、高均质性的喷墨打印技术提供实验和理论依据。

本项目在三种结构的量子点LED器件中，基于润湿特性对器件性能影响机制开展了应用基础研究。首先在正置型量子点LED的研究中，我们发现添加适当浓度的异丙醇活性剂并与适当的退火温度的配合可以有效提高器件制备过程中PEDOT：PSS溶液的润湿能力和沉积质量，薄膜的粗糙度明显降低，薄膜结晶质量稳定提高。此外，PEDOT：PSS层的空穴注入效率得到增强，导电性能增加，最后实现了量子点LED器件性能的提升。在倒置型量子点LED中，我们首先对空穴传输层材料溶剂进行了研究，挑选出对下层量子点发光层结构影响最小的材料溶剂；此外，在保持对空穴注入层PEDOT：PSS润湿性的关注同时还增加了对活性剂种类及残留的研究。从改善后的器件性能参数可以看出，在倒置结构中润湿性对量子点LED器件的影响比重更大。最后在倒置结构的润湿性研究基础上制备了串联型量子点LED器件，通过内部连接层将上下两个子倒置结构串联起来，相同亮度下串联器件电流密度更低，有利于提高器件的稳定性和使用寿命。本文工作中的主要研究成果为溶液法制备量子点LED的进一步研究提供了切实可行的方案。