CN109427979A - 基于形状记忆聚合物的转印方法、及其应用 - Google Patents

基于形状记忆聚合物的转印方法、及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于形状记忆聚合物的转印方法，包括以下步骤：提供具有第一微结构的模具，利用所述模具制备表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，且所述第一微结构与所述第二微结构互补；将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，在均匀压力的作用下，冷却至玻璃化温度以下，使所述形状记忆聚合物印章的所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构；在所述平整表面上沉积功能材料，进行加热处理，加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，使所述形状记忆聚合物变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，得到图案化功能薄膜；将所述图案化功能薄膜转印到目标基底上。

Description

基于形状记忆聚合物的转印方法、及其应用
技术领域
本发明属于转印技术领域，尤其涉及一种基于形状记忆聚合物的转印方法。
背景技术
由于量子点具有发光颜色易于调节、色彩饱和度高、可溶液加工、高稳定性等诸多优点，量子点发光被视为下一代显示技术的有力竞争者。量子点薄膜的制备方法中，溶液加工法由于简单易行、且容易控制而备受青睐。其中，旋涂法是最快捷简便且成膜质量好的一种溶液加工方式，但一般只能用于制备单色发光器件(全彩发光器件需要制备图案化量子点薄膜，不适于旋涂法制备)。目前，图案化量子点主要通过喷墨打印、转印等方式制备获得。
常规的转印过程通常采用粘弹性印章作为转移载体，利用动力学控制实现转印过程。这种转印过程主要分为两步，先将量子点薄膜从供体基底转移到印章上，再由印章转移到目标基底上。由于粘弹性印章的粘附力很大程度上受负载力与剥离速度的影响，整个过程尤其是第一步转印对转印设备提出了很高的要求，过于苛刻的工艺条件也使转印后的图案经常存在缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于形状记忆聚合物的转印方法、及其应用，旨在解决现有采用粘弹性印章作为转移载体的转印方法条件苛刻、且得到的转印图案存在缺陷的问题。
本发明是这样实现的，一种基于形状记忆聚合物的转印方法，包括以下步骤：
提供具有第一微结构的模具，利用所述模具制备表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，且所述第一微结构与所述第二微结构互补；
将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，在均匀压力的作用下，冷却至玻璃化温度以下，使所述形状记忆聚合物印章的所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构；
在所述平整表面上沉积功能材料，进行加热处理，加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，使所述形状记忆聚合物变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，得到图案化功能薄膜；
将所述图案化功能薄膜转印到目标基底上。
一种发光二极管的制备方法，所述发光二极管包括底电极、发光层和顶电极，所述发光层采用上述转印方法制备获得。
本发明提供的基于形状记忆聚合物的转印方法，利用模具制备带有微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，通过加热与加压的方式，使所述形状记忆聚合物印章的所述微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构，进而在所述平整表面上沉积功能材料后，加热到玻璃化温度(Tg)以上，使其回复初始形状。由于形状记忆聚合物在回复变形时，功能材料薄膜受到较大的剪切应力而破裂，保留在所述形状记忆聚合物印章的微结构上的薄膜部分形成图案化功能薄膜。进一步通过转印，将图案化功能薄膜转移到目标基底。本发明提供的方法省去了常规方法中从供体基底转印到印章的第一步转印过程，减少了对加工设备的需求，同时提高了转印图案的完整性。此外，本发明所使用的形状记忆聚合物可以重复使用，从而有利于成本的降低。
本发明提供的发光二极管的制备方法，发光层采用上述转印方法制备获得，不仅方法简单，而且有利于提高转印图案的完整性和降低生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的制备表面具有微结构的形状记忆聚合物印章初始结构的示意图；
图2是本发明实施例提供的制备表面平整的形状记忆聚合物变形结构的示意图；
图3是本发明实施例提供的沉积完功能材料后的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的形状记忆聚合物变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构的示意图；
图5是本发明实施例提供的将具有微结构的功能薄膜转印到目标基底上的示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于形状记忆聚合物的转印方法，包括以下步骤：
S01.提供具有第一微结构的模具，利用所述模具制备表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，且所述第一微结构与所述第二微结构互补，如图1所示；
S02.将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度(Tg)且低于黏流温度，在均匀压力的作用下，冷却至玻璃化温度以下，使所述形状记忆聚合物印章的所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构，如图2所示；
S03.在所述平整表面上沉积功能材料，进行加热处理，加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，使所述形状记忆聚合物变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，得到图案化功能薄膜；
S04.将所述图案化功能薄膜转印到目标基底上。
形状记忆聚合物是一种具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初始条件并固定后，通过外界条件的刺激又可恢复其初始形状的高分子材料。利用所述形状记忆聚合物的上述特性，可以借助具有微结构的模板制备图案化功能薄膜。本发明实施例所采用的形状记忆聚合物为热致感应型形状记忆聚合物。
具体的，上述步骤S01中，所述模具的第一微结构的平面图案，与功能薄膜的预设图案互补。所述第一微结构、所述第二微结构的形状没有严格的限定，均可以包括凸起的圆柱体、多棱柱中的至少一种，其中，所述多棱柱为三棱柱、四棱柱或其他多棱柱。利用所述模具制备形状记忆聚合物印章初始结构，根据形状记忆聚合物的具体类型而异，如可以先配置前体溶液置于具有第一微结构的模具，经固化处理制备具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构；也可以是将烘干后的混合物料置于具有第一微结构的模具，经固化处理制备具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构。该第二微结构为后续功能薄膜的图案化提供了模板。进一步的，将通过模具制备的形状记忆聚合物印章初始结构从模具上分离。该步骤得到的形状记忆聚合物印章初始结构，其与模具接触的表面形成第二微结构。
上述步骤S02中，将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，为制备形状记忆聚合物变形结构提供热力条件。优选的，所述将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度的步骤中，加热后的温度高于玻璃化温度10-20℃。若加热温度过高，会使材料变成黏流态，破坏材料的性能，使其产生不可逆形变，进而导致其不能在后续步骤中有效回复；而若加热温度过低，难以有效保证形状记忆聚合物中的可逆相充分处于高弹态，从而不能实现形状记忆聚合物变形结构的形成。
本发明实施例中，加热虽然为形状记忆聚合物的变形提供了条件，但光加热处理还不足以使得形状记忆聚合物发生形变，此时，需要借助外力实现形状记忆聚合物的变形。本发明实施例施加均匀压力，在保持均匀压力的条件下，逐步冷却，直至温度低于玻璃化温度。此时，通过外力的作用，原本具有第二微结构表面的形状记忆聚合物印章初始结构，转化为表面平整的形状记忆聚合物变形结构，即使得所述第二微结构所在的表面变形成平整表面。优选的，施加的所述均匀压力小于形状记忆聚合物的屈服点，以保证形状记忆聚合物变形态变形结构能经过加热处理回复到形状记忆聚合物印章初始结构。其具体大小根据形状记忆聚合物的弹性模量、第二微结构的形状及尺寸而异。该步骤中，优选的，冷却后的温度低于玻璃化温度10-20℃。若冷却后的温度过高，则难以形成形状固定(保持表面平整)的形状记忆聚合物变形结构；若冷却后的温度过低，可能会导致材料出现“冷脆性”，使材料容易发生断裂。
上述步骤S03中，在所述平整表面上直接沉积功能材料，得到表面平整的预制功能薄膜，如图3所示。该操作可以采用常规的沉积方法实现，方法灵活，没有严格限制。进一步的，对沉积完功能材料后的形状记忆聚合物变形结构进行加热处理，加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，在该加热温度下，原本发生变形的形状记忆聚合物回复变形，所述形状记忆聚合物变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，如图4所示。回复变形过程中，原本沉积在形状记忆聚合物变形结构表面的预制功能薄膜，随着形状记忆聚合物的变形发生断裂，部分薄膜保留在凸起的第二微结构上，部分薄膜随着断层内凹，从而得到图案化功能薄膜。
优选的，将沉积完功能材料后的形状记忆聚合物变形结构加热至高于玻璃化温度的步骤中，优选的，加热后的温度高于玻璃化温度10-20℃。若加热温度过高，会使材料变成黏流态，破坏材料的性能，使其产生不可逆形变，进而导致其不能在后续步骤中有效回复；而若加热温度过低，难以有效保证形状记忆聚合物中的可逆相充分处于高弹态，从而不能实现形状记忆聚合物变形结构的形成。
本发明实施例中，沉积的功能材料可以为各种功能材料，当然，得到的功能薄膜也没有严格限制，可以为空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层中的至少一种，但不限于此。
上述步骤S04中，如图5所示，将所述图案化功能薄膜转印到目标基底上，原本在所述形状记忆聚合物印章初始结构的图案化功能薄膜，转印到目标基底上。
本发明实施例提供的基于形状记忆聚合物的转印方法，利用模具制备带有微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，通过加热与加压的方式，使所述形状记忆聚合物印章的所述微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构，进而在所述平整表面上沉积功能材料后，加热到玻璃化温度(Tg)以上，使其回复初始形状。由于形状记忆聚合物在回复变形时，功能材料薄膜受到较大的剪切应力而破裂，保留在所述形状记忆聚合物印章的微结构上的薄膜部分形成图案化功能薄膜。进一步通过转印，将图案化功能薄膜转移到目标基底。本发明实施例提供的方法省去了常规方法中从供体基底转印到印章的第一步转印过程，减少了对加工设备的需求，同时提高了转印图案的完整性。此外，本发明所使用的形状记忆聚合物可以重复使用，从而有利于成本的降低。
本发明实施例还提供了一种发光二极管的制备方法，所述发光二极管包括底电极、发光层和顶电极，所述发光层采用上述转印方法制备获得。由此不仅能简化发光二极管的转印工艺，降低生产成本，而且有利于提高转印图案的完整性和降低生产成本。
进一步的，所述发光二极管还可以包括空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层中的至少一层，且空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层中的至少一层采用上述转印方法制备获得。当然，所述发光二极管还可以包括其他功能修饰层，其他功能修饰层也可以通过上述转印方法制备获得。
具体的，本发明实施例中，所述发光层为量子点发光层或有机发光层。即，所述发光二极管可以为量子点发光二极管，也可以为有机发光二极管。
本发明实施例提供的发光二极管的制备方法，发光层采用上述转印方法制备获得，不仅方法简单，而且有利于提高转印图案的完整性和降低生产成本。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种基于形状记忆聚合物的转印方法，包括以下步骤：
S11.制备具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构：将双酚环氧树脂EPON826加入到烧瓶，加热至70℃，完全熔融后，在烧瓶中加入聚氧化丙烯双胺环氧固化剂(JEFFAMINE D-230)与癸胺，其中环氧树脂、固化剂、癸胺的摩尔比为4:1:2，搅拌混合均匀，将前体溶液倒进具有第一微结构的模具里，在100℃加热1.5小时固化后，在130℃加热1小时使其后固化，制备形状记忆聚合物。将形状记忆聚合物与模具分离，得到表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，其玻璃转化温度为50～70℃。
S12.制备表面平整的变形结构：将形状记忆聚合物加热到80℃，保持施加均匀的压力，逐渐冷却到低于40℃，使所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构。
S13.在所述平整表面上沉积量子点薄膜，将形状记忆聚合物加热到80℃，使其从变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，量子点薄膜形成图案化量子点薄膜。
S14.将图案化量子点薄膜转印到目标基底上。
实施例2
一种基于形状记忆聚合物的转印方法，包括以下步骤：
S21.制备具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构：将双酚A型环氧丙烷E20加入到烧瓶，加热至90℃，完全熔融后，边搅拌边抽真空，脱水1.5h，在烧瓶中加入二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯，80℃加热2h，将1,4-丁二醇加入到烧瓶里，其中环氧树脂、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,4-丁二醇的摩尔比为2:3:1，反应0.5h后，将烧瓶放入烘箱中80℃烘干。然后将混合物倒进具有第一微结构的模具里，在200℃加热1.5小时固化。将形状记忆聚合物与模具分离，得到表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，其玻璃转化温度为70～90℃。
S22.制备表面平整的变形结构：将形状记忆聚合物加热到100℃，保持施加均匀的压力，逐渐冷却到低于50℃，使所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构。
S23.在所述平整表面上沉积量子点薄膜，将形状记忆聚合物加热到100℃，使其从变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，量子点薄膜形成图案化量子点薄膜。
S24.将图案化量子点薄膜转印到目标基底上。
实施例3
一种基于形状记忆聚合物的转印方法，包括以下步骤：
S31.制备具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构：将双酚A型氰酸酯加入到烧瓶，加热至100℃，完全熔融后，在烧瓶中加入聚乙二醇，其中双酚A型氰酸酯、聚乙二醇的质量比为5:4，搅拌混合均匀，将配好的树脂放入真空干燥箱中100℃烘干0.5h，然后将混合物倒进具有第一微结构的模具里，在120℃加热2小时固化，再在210℃加热5小时使其后固化。将形状记忆聚合物与模具分离，得到表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，其玻璃转化温度为150～170℃。
S32.制备表面平整的变形结构：将形状记忆聚合物加热到180℃，利用模具，保持施加均匀的压力，逐渐冷却到低于40℃，使所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构。
S33.在所述平整表面上沉积薄膜，将形状记忆聚合物加热到180℃，使其从变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，薄膜形成图案化薄膜。
S34.将图案化薄膜转印到目标基底上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于形状记忆聚合物的转印方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供具有第一微结构的模具，利用所述模具制备表面具有第二微结构的形状记忆聚合物印章初始结构，且所述第一微结构与所述第二微结构互补；
将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，在均匀压力的作用下，冷却至玻璃化温度以下，使所述形状记忆聚合物印章的所述第二微结构所在的表面变形成平整表面，得到形状记忆聚合物变形结构；
在所述平整表面上沉积功能材料，进行加热处理，加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度，使所述形状记忆聚合物变形结构回复到形状记忆聚合物印章初始结构，得到图案化功能薄膜；
将所述图案化功能薄膜转印到目标基底上。
2.如权利要求1所述的基于形状记忆聚合物的转印方法，其特征在于，所述将所述形状记忆聚合物印章初始结构加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度的步骤中，加热后的温度高于玻璃化温度10-20℃。
3.如权利要求1所述的基于形状记忆聚合物的转印方法，其特征在于，所述冷却至玻璃化温度以下的步骤中，冷却后的温度低于玻璃化温度10-20℃。
4.如权利要求1所述的基于形状记忆聚合物的转印方法，其特征在于，沉积完功能材料后，加热至高于玻璃化温度且低于黏流温度的步骤中，加热后的温度高于玻璃化温度10-20℃。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于形状记忆聚合物的转印方法，其特征在于，所述均匀压力小于形状记忆聚合物的屈服点。
6.如权利要求1-4任一项所述的基于形状记忆聚合物的转印方法，其特征在于，所述功能薄膜为空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层中的至少一种。
7.一种发光二极管的制备方法，所述发光二极管包括底电极、发光层和顶电极，其特征在于，所述发光层采用权利要求1-5任一项所述转印方法制备获得。
8.如权利要求7所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述发光二极管还包括空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层中的至少一层，且空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层中的至少一层采用权利要求1-5任一项所述转印方法制备获得。
9.如权利要求7所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述发光层为量子点发光层或有机发光层。
10.如权利要求1-4任一项所述的基于形状记忆聚合物的转印方法，其特性在于，所述第一微结构包括凸起的圆柱体、多棱柱中的至少一种；和/或所述第二微结构包括凸起的圆柱体、多棱柱中的至少一种。
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