CN109535843A - 一种喷墨打印墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种喷墨打印墨水及其制备方法。该喷墨打印墨水包括溶质、溶剂和分散剂，所述溶质为碳点材料，所述分散剂为有机线形、长主链型或长支链型分子组成。本发明实施例由于在喷墨打印墨水中引入有机线形、长主链型或长支链型分子的分散剂，在不影响器件性能的前提下，提升了碳点喷墨打印墨水的成膜性，进而使用喷墨打印墨水成膜时可以提升现有碳点发光二极管器件的发光表现。

Description

一种喷墨打印墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及打印材料技术领域，具体涉及一种喷墨打印墨水及其制备方法。

背景技术

碳点材料是一种可溶液加工的半导体材料，具有易加工、低成本等特点，近几年受到研究者的高度重视，在发光领域有非常优异的表现。与此同时，碳点材料具有类似于量子点材料的优点，发光波长可调、发射光谱窄且不含重金属元素等发光特性，在电致发光以及显示等领域中也有着巨大的潜力。

目前制作薄膜的方法包括溅射、蒸镀、丝印、旋涂、刮涂、浸涂、提拉和喷墨打印等方法，其中溅射和蒸镀成本高；丝印厚度和精度不好可控制；旋涂工艺在大面积薄膜制备加工时边缘离心力较大，薄膜偏薄，整体厚度不均匀，不适于大面积薄膜制备，在小面积器件制备中有着突出的优点，因为加工设备简单，操作简便，在实验室中有着特别广泛的应用；浸涂和提拉则在制备过程中，玻璃背面也同时被制备的薄膜覆盖，导致需要二次清理；相比较之下，喷墨打印可适用于低成本、连续、大面积的规模化工业生产中，与其他成膜加工方式相比，喷墨打印的厚度和位置控制精确，具有微米级分辨率，可实现全数字图形输出，可通过计算机对加工过程灵活高精度控制等突出优点，在大规模生产中有着光明的应用前景，而受到广泛关注与重视。碳点材料是纳米颗粒材料，可用成熟的溶液加工设备来制备薄膜，目前受人瞩目的加工方式为旋涂和喷墨打印。碳点材料可分散于溶剂中配制成可墨水，利用喷墨打印技术可以精确地按所需量将碳点材料沉积在设定的位置，沉积形成精密像素薄膜，有利于碳点发光器件的制造，降低成本。

但是碳点材料因其是纳米级别粒径的颗粒物，表面能较大，容易发生聚集现象。聚集将导致很多问题出现，比如成膜性较差，膜厚差异较大，由此导致制备的碳点发光二极管器件漏电流偏高，电流效率降低、滚降快，且器件稳定性差。

发明内容

本发明实施例提供一种喷墨打印墨水及其制备方法，在不影响器件性能的前提下，提升碳点喷墨打印墨水的成膜性，进而使用喷墨打印墨水成膜时可以提升现有碳点发光二极管器件的发光表现。

为解决上述问题，第一方面，本申请提供一种喷墨打印墨水，所述喷墨打印墨水包括溶质、溶剂和分散剂，所述溶质为碳点材料，所述分散剂为有机线形、长主链型或长支链型分子组成。

进一步的，所述溶剂中至少含有一种烷烃或芳香烃化合物。

进一步的，所述溶剂中至少含有一种醇类化合物。

进一步的，所述溶剂中至少含有一种高沸点溶剂。

进一步的，所述高沸点溶剂的沸点大于200摄氏度。

进一步的，所述溶剂质量百分比为30％～99.8％。

进一步的，所述喷墨打印墨水还包括用于调节体系表面张力的表面张力调节剂。

进一步的，所述表面张力调节剂的质量百分比为0.1～5％。

进一步的，所述表面张力调节剂包括共溶剂、表面活性剂和调节表面张力的小分子化合物中至少一种。

进一步的，所述调节表面张力的小分子化合物包括咪唑及其衍生物、苯酚和对苯二酚中的至少一种。

进一步的，所述喷墨打印墨水还包括用于调节体系黏度的黏度调节剂。

进一步的，所述黏度调节剂的质量百分比为0.1～5％。

进一步的，所述黏度调节剂包括醇、醚、酯、酚和胺中的至少一种。

进一步的，所述碳点材料为发光材料。

进一步的，所述碳点材料包括多种不同粒径的碳点颗粒。

进一步的，所述喷墨打印墨水中碳点材料的质量百分比为0.01～30％。

进一步的，所述分散剂包括聚乙烯基咔唑，炔丙基磺酸钠或1,2,4,5-四(三氟甲基)苯。

进一步的，所述分散剂为具有预设长度的脂肪烃主链段或支链段、具有多个相互连接的芳香环或者具有杂环组成的链段的分子组成。

进一步的，所述喷墨打印墨水中分散剂的质量百分比为0.1～30％。

第二方面，本申请提供一种喷墨打印墨水的制备方法，采用碳点材料为溶质，并添加有机线形、长主链型或长支链型分子组成的分散剂制备喷墨打印墨水。

本发明实施例由于在喷墨打印墨水中引入有机线形、长主链型或长支链型分子的分散剂，在不影响器件性能的前提下，提升了碳点喷墨打印墨水的成膜性，进而使用喷墨打印墨水成膜时可以提升现有碳点发光二极管器件的发光表现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中未加入有机线形、长主链型或长支链型分子等长链段分子分散剂的喷墨打印墨水分子结构示意图；

图2是本发明实施例中加入有有机线形、长主链型或长支链型分子等长链段分子分散剂的喷墨打印墨水分子结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

碳点材料因其是纳米级别粒径的颗粒物，表面能较大，容易发生聚集现象。聚集将导致很多问题出现，比如成膜性较差，膜厚差异较大，由此导致制备的碳点发光二极管器件漏电流偏高，电流效率降低、滚降快，且器件稳定性差。如图1所示，为现有技术中未加入有机线形、长主链型或长支链型分子等长链段分子分散剂的喷墨打印墨水分子结构示意图。

未解决上述问题，本发明实施例中提供一种喷墨打印墨水，所述喷墨打印墨水包括溶质、溶剂和分散剂，所述溶质为碳点材料，所述分散剂为有机线形、长主链型或长支链型分子组成。本发明实施例中由于在喷墨打印墨水中引入有机线形、长主链型或长支链型分子的分散剂，在不影响器件性能的前提下，提升了碳点喷墨打印墨水的成膜性，进而使用喷墨打印墨水成膜时可以提升现有碳点发光二极管器件的发光表现。如图2所示，为加入有有机线形、长主链型或长支链型分子等长链段分子分散剂的喷墨打印墨水分子结构示意图。

本发明实施例中，碳点材料的质量百分比在0.01～30％，优选的，为了获得更好的成膜特性，碳点材料的质量百分比在5～15％。其中，所述碳点材料主要采用发光材料，同时，碳点材料选用多种不同粒径的碳点颗粒，即喷墨打印墨水中的溶质碳点材料包括多种不同粒径的碳点颗粒，以实现不同波段的发光光色调节。

具体的，本发明实施例中，溶剂采用有机或无机掺杂溶剂，所述喷墨打印墨水中溶剂质量百分比30～99.8％，溶剂用于溶解、分散碳点材料，同时调节喷墨打印墨水体系的物理性质，使其满足溶液加工的需求。

进一步的，所述溶剂中至少含有一种烷烃或芳香烃化合物，例如甲烷，乙烷等，或者如卤代芳香烃等。在一些实施例中溶剂中可以仅包括一种或多种烷烃，亦或者仅包括一种或多种芳香烃化合物，在另一些实施例中，可以同时包括烷烃和芳香烃化合物。

同样的，所述溶剂中也可以至少含有一种醇类化合物，例如可以是一元醇或是多元醇。另外，所述溶剂中也可以至少含有一种高沸点溶剂，高沸点溶剂可以是醚类、酯类化合物、芳香类化合物。进一步的，所述高沸点溶剂的沸点大于200摄氏度，例如六甲基亚膦酰三胺。

在本发明的一个最优实施例中所述溶剂中同时包括如下部分：

(1)至少含有一种烷烃或芳香烃化合物

(2)至少含有一种醇类化合物；

(3)至少含有一种高沸点溶剂，其中，高沸点溶剂的沸点大于200摄氏度。

(4)高沸点溶剂可以是醚类、酯类化合物、芳香类化合物。

进一步的，所述喷墨打印墨水中所述溶剂质量百分比为30％～99.8％，优选的，所述喷墨打印墨水中溶剂质量百分比为35％～90％。在溶质和分散剂质量百分比确定后，其余为溶剂，在后面喷墨打印墨水中包括表面张力调节剂及黏度调节剂时，溶剂质量百分比对应适量进行降低。

进一步的，所述分散剂为具有预设长度的脂肪烃主链段或支链段、具有多个相互连接的芳香环或者具有杂环组成的链段的分子组成，这些有机链具有较长的脂肪烃主链段或支链段的分散剂，或者具有多个相互连接的芳香环或者杂环组成的链段，能防止碳点聚集，增强成膜性和薄膜稳定性。其中，所述分散剂可以包括聚乙烯基咔唑(PVK)，炔丙基磺酸钠(PS)或1,2,4,5-四(三氟甲基)苯(TFB)。进一步的，所述分散剂也可以包括聚芴类阴极缓冲层材料(PFN)或Poly-TPD等。

另外，所述喷墨打印墨水中分散剂的质量百分比为0.1～30％。优选的，所述喷墨打印墨水中分散剂的质量百分比为0.5～25％。

进一步的，所述喷墨打印墨水还包括用于调节体系表面张力的表面张力调节剂。进一步的，所述表面张力调节剂的质量百分比为0.1～5％。优选的，表面张力调节剂的质量百分比为0.5～3％。其中，所述表面张力调节剂包括共溶剂、表面活性剂和调节表面张力的小分子化合物中至少一种。共溶剂也叫助溶剂，它是能提高主溶剂在溶液中溶解度的辅助溶剂。

表面活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂可以采用直链烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(AESA)、月桂醇硫酸钠(K12或SDS)、月桂酰基谷氨酸、壬基酚聚氧乙烯(10)醚(TX-10)、平平加O、二乙醇酰胺(6501)硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐(石油磺酸盐)、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚(PO-EO共聚物)、脂肪醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)等。

另外，所述调节表面张力的小分子化合物包括咪唑及其衍生物、苯酚和对苯二酚中的至少一种。

进一步的，所述喷墨打印墨水还包括用于调节体系黏度的黏度调节剂。所述喷墨打印墨水中所述黏度调节剂的质量百分比为0.1～5％。优选的，所述喷墨打印墨水中所述黏度调节剂的质量百分比为0.5～2.5％。其中，所述黏度调节剂可以包括醇、醚、酯、酚和胺中的至少一种。

本发明实施例中，所述喷墨打印墨水的粘度为2cps～13cps；所述喷墨打印墨水的表面张力为25dyne/cm～35dyne/cm。

一个优选实施例中，所述喷墨打印墨水中，溶剂质量百分比91％，溶质碳点材料的质量百分比在3％，分散剂的质量百分比为3％，表面张力调节剂的质量百分比为1.5％，黏度调节剂的质量百分比为1.5％。

本发明实施例中还提供一种喷墨打印墨水的制备方法，该喷墨打印墨水的制备方法采用碳点材料为溶质，并添加有机线形、长主链型或长支链型分子组成的分散剂制备喷墨打印墨水。

以上对本发明实施例所提供的一种喷墨打印墨水及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种喷墨打印墨水，其特征在于，所述喷墨打印墨水包括溶质、溶剂和分散剂，所述溶质为碳点材料，所述分散剂为有机线形、长主链型或长支链型分子组成。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述溶剂中至少含有一种烷烃或芳香烃化合物。

3.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述溶剂中至少含有一种醇类化合物。

4.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述溶剂中至少含有一种高沸点溶剂。

5.根据权利要求4所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述高沸点溶剂的沸点大于200摄氏度。

6.根据权利要求1至5中任意所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述溶剂质量百分比为30％～99.8％。

7.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述喷墨打印墨水还包括用于调节体系表面张力的表面张力调节剂。

8.根据权利要求7所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述表面张力调节剂的质量百分比为0.1～5％。

9.根据权利要求7所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述表面张力调节剂包括共溶剂、表面活性剂和调节表面张力的小分子化合物中至少一种。

10.根据权利要求9所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述调节表面张力的小分子化合物包括咪唑及其衍生物、苯酚和对苯二酚中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述喷墨打印墨水还包括用于调节体系黏度的黏度调节剂。

12.根据权利要求11所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述黏度调节剂的质量百分比0.1～5％。

13.根据权利要求11所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述黏度调节剂包括醇、醚、酯、酚和胺中的至少一种。

14.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述碳点材料为发光材料。

15.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述碳点材料包括多种不同粒径的碳点颗粒。

16.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述喷墨打印墨水中碳点材料的质量百分比为0.01～30％。

17.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述分散剂包括聚乙烯基咔唑，炔丙基磺酸钠或1，2，4，5-四(三氟甲基)苯。

18.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述分散剂为具有预设长度的脂肪烃主链段或支链段、具有多个相互连接的芳香环或者具有杂环组成的链段的分子组成。

19.根据权利要求1所述的喷墨打印墨水，其特征在于，所述喷墨打印墨水中分散剂的质量百分比为0.1～30％。

20.一种喷墨打印墨水的制备方法，其特征在于，采用碳点材料为溶质，并添加有机线形、长主链型或长支链型分子组成的分散剂制备喷墨打印墨水。