CN109251587A - 一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于印刷电子领域，涉及氧化物薄膜的喷墨打印制备工艺，具体涉及一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法。所述方法包括以下步骤：打印机基板保持50～60℃，墨滴速度10～20m/s，喷头不升温，墨滴间距取30～40μm，在衬底上进行喷墨打印；打印结束后将产品静置至凝胶化完成，干燥后在300～450℃下退火1h，得到多孔氧化物薄膜；喷墨打印中使用的墨水为乙二醇溶液，所述乙二醇溶液中含有相当于乙二醇质量0.3～5％的聚丙烯酰胺，以及浓度为0.1～1.0M的八水合氯氧化锆。相比传统的凝胶模板法，本发明基于喷墨打印技术，具有快速沉积、快速图形化、材料设备成本低、能耗小等优势。
Description
技术领域
本发明属于印刷电子领域，涉及氧化物薄膜的喷墨打印制备工艺，具体涉及一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法。
背景技术
多孔结构的氧化物薄膜在催化、传感等领域有着广泛应用。常见的制备多孔氧化物薄膜的工艺有选择性溶蚀、倾斜沉积技术以及模板法等。选择性溶蚀是用特定的溶蚀剂对制备好的薄膜进行溶蚀，通过溶蚀剂对薄膜组分的选择作用来形成微观孔洞结构。倾斜沉积法则是将真空沉积工艺与可控的衬底转动相结合的一种高效的新型沉积方式。模板法则是利用具有纳米孔洞结构的模板物质来合成目标产物，最终除去(或保留)模板以得到多孔结构薄膜。
然而，在选择性溶蚀工艺中，薄膜制备与溶蚀是独立的步骤，工序较为繁琐。倾斜沉积技术本质上依然是真空工艺，设备成本高，能耗大。而模板法需要先通过一些工艺得到需要的模板，才能进行多孔结构薄膜的制备，工序也较为复杂。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法，包括以下步骤：
打印机基板保持50～60℃，墨滴速度10～20m/s，喷头不升温，墨滴间距取30～40μm，在衬底上进行喷墨打印；打印结束后将产品静置至凝胶化完成，干燥后在300～450℃下退火1h，得到多孔氧化物薄膜；
喷墨打印中使用的墨水为乙二醇溶液，所述乙二醇溶液中含有相当于乙二醇质量0.3～5％的聚丙烯酰胺，以及浓度为0.1～1.0M的八水合氯氧化锆。
优选的，所述墨水配制过程为：在乙二醇中加入相当于乙二醇质量的0.3～5％的聚丙烯酰胺，在45～60℃下搅拌3h使其充分溶解，然后加入摩尔浓度为0.1～1.0M的八水合氯氧化锆，搅拌使其充分溶解后陈化24h。
优选的，所述衬底为玻璃。
优选的，打印结束后将产品静置30～50min。
优选的，所述干燥时间为6～12h。
本发明基于喷墨打印技术，具有快速沉积、快速图形化、材料设备成本低、能耗小等优势。传统凝胶模板法一般是先制备出聚合物的凝胶结构，然后再使氧化物前驱体与其相互作用。本发明将这两者整合在了一个墨水体系中，沉积后，前期通过升温形成了聚合物凝胶结构作为模板，此时温度较低，氧化物前驱体未大量聚合。当进行高温热处理时，由于聚合物凝胶结构的存在，前驱体不会像在纯溶剂中一样自由聚合，而是会依附于聚合物凝胶骨架上的反应位点进行聚合，从而形成与模板相近的多孔结构，同时聚合物在高温下的热分解同样会产生孔洞。本工艺通过简单的打印→热处理两步工艺实现了多孔氧化物薄膜的制备。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1.药品及试剂准备
溶液配制原料准备：八水氧氯化锆，分析纯，含量≥99.0％；聚丙烯酰胺，分子量40000；乙二醇。
2.基底、容器清洗
指头瓶清洗：将待洗的指头瓶瓶盖拧下，沉入装有异丙醇的大烧杯中，瓶盖也一并放入，瓶中被异丙醇完全充满，不能存有气泡，然后超声振动20min，再换去离子水同样超声振动20min。应注意使用镊子转移瓶子时应避免镊子接触瓶子内壁。清洗完毕后将瓶子放入烘箱内烘干。
磁力转子清洗：将待洗的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、异丙醇的烧杯中进行超声振荡，每次清洗持续10min，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。
3.溶液配制
溶剂采用乙二醇，在乙二醇中加入相当于乙二醇质量的3％的聚丙烯酰胺，在50℃下搅拌3h使其充分溶解，然后加入摩尔浓度为0.5M的八水合氯氧化锆，进行磁力搅拌使其溶解，陈化24h后备用。
4.喷墨打印
将配制好的墨水灌装进卡夹。使用的打印机为Dimatix2800，所用衬底为玻璃。然后进行喷墨打印，打印时打印机基板保持60℃，墨滴速度10m/s，喷头不升温，墨滴间距取40μm。打印结束后将样品在打印机基板上放置40min等待凝胶化反应结束，得到凝胶化氧化锆薄膜。
5.后处理
将打印所得的凝胶化薄膜在80℃下干燥8h后在300℃下退火1h，得到多孔氧化锆薄膜。
可以看到喷墨打印是一种可以直接进行图形化沉积的技术，设备成本较低，工序较为简便。本实施例中通过将可凝胶聚合物与金属氧化物前驱体溶解在溶剂中便形成了打印用墨水体系。当墨水沉积完成后，通过基板的升温使体系内聚合物发生凝胶化反应，形成多孔网状结构，以此作为模板，在高温下对薄膜进行热处理，使金属氧化物前驱体沿聚合物凝胶网络上的反应位点发生聚合反应，同时聚合物受热分解，最终形成多孔结构的氧化物薄膜。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明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，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
打印机基板保持50～60℃，墨滴速度10～20m/s，喷头不升温，墨滴间距取30～40μm，在衬底上进行喷墨打印；打印结束后将产品静置至凝胶化完成，干燥后在300～450℃下退火1h，得到多孔氧化物薄膜；
喷墨打印中使用的墨水为乙二醇溶液，所述乙二醇溶液中含有相当于乙二醇质量0.3～5％的聚丙烯酰胺，以及浓度为0.1～1.0M的八水合氯氧化锆。
2.根据权利要求1所述的一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述墨水配制过程为：在乙二醇中加入相当于乙二醇质量的0.3～5％的聚丙烯酰胺，在45～60℃下搅拌3h使其充分溶解，然后加入摩尔浓度为0.1～1.0M的八水合氯氧化锆，搅拌使其充分溶解后陈化24h。
3.根据权利要求1所述的一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法，其特征在于，打印结束后将产品静置30～50min。
5.根据权利要求1所述的一种凝胶模板法制备喷墨打印氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述干燥时间为6～12h。
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|---|---|---|---|---|
| CN111269614A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-12 | 华南理工大学 | 一种减少喷墨打印凝胶薄膜开裂的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107573761A (zh) * | 2017-09-04 | 2018-01-12 | 华南理工大学 | 一种氧化锆喷墨打印墨水及其制备方法和应用 |
| CN107955459A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-04-24 | 华南理工大学 | 一种喷墨打印墨水及由其制备金属氧化物薄膜的方法 |
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2018
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