CN109880441A - 导电油墨及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种导电油墨及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法，属于导电油墨技术领域。导电油墨包括40‑70重量份的导电填料、20‑40重量份的溶剂、5‑15重量份的粘结剂和0.01‑10重量份的表面润湿剂。其中，表面润湿剂包括聚有机硅氧烷类化合物。导电油墨的制备方法，包括：将导电填料、溶剂、粘结剂和表面润湿剂均匀分散混合。薄膜晶体管，包括衬底和附着于衬底表面的上述导电油墨。薄膜晶体管的制备方法，包括：在衬底的表面印刷上述导电油墨，硬化导电油墨形成有源层。此制备方法得到的导电油墨不需要额外添加其他流平剂或者润湿剂，就能够较好地附着在衬底的表面，具有较好的流平性、润湿性，附着力强、导电性佳。

Description

导电油墨及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法

技术领域

本申请涉及导电油墨技术领域，具体而言，涉及一种导电油墨及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

表面润湿性与流平性是导电油墨的重要特性之一，为了使导电油墨的接触角和表面自由能达到需求，通常需要添加表面润湿剂和流平剂，使导电油墨的成本增高。

发明内容

本申请的目的在于提供一种导电油墨及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法。聚有机硅氧烷类化合物既可以作为润湿剂进行使用，也可以作为流平剂进行使用，不需要额外添加其他流平剂或者润湿剂，就能够提高导电油墨的表面润湿性和流平性。

第一方面，本申请实施例提供一种导电油墨，包括40-70重量份的导电填料、20-40重量份的溶剂、5-15重量份的粘结剂和0.01-10重量份的表面润湿剂。其中，表面润湿剂包括聚有机硅氧烷类化合物。

聚有机硅氧烷类化合物的比表面积小，浸润性好，既可以作为润湿剂进行使用，又可以作为流平剂进行使用，不需要再额外添加其他流平剂或者润湿剂，就能够使导电油墨具有良好的流平性和润湿性，使导电油墨的附着力好、导电性强。

结合第一方面，在另一实施例中，表面润湿剂包括聚酯改性的聚有机硅氧烷或/和聚醚改性的聚有机硅氧烷。

使导电油墨能够具有较好的流平性和润湿性，附着力强。

结合第一方面，在另一实施例中，表面润湿剂为聚酯改性的聚有机硅氧烷。使导电油墨的润湿性和流平性更佳，且使用该导电油墨制作的柔性器件的导电性和透明性均较佳。

结合第一方面，在另一实施例中，导电填料包括碳系材料、金属材料和导电高分子材料中的一种或多种。

导电填料使用碳系材料、金属材料或者导电高分子材料，均能够使导电油墨具有很好的导电效果，使得到的涂层具有很好的导电性。

结合第一方面，在另一实施例中，碳系材料包括石墨烯、石墨烯量子点、氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、富勒烯、导电石墨和炭黑中的一种或多种。

使用碳系材料作为导电油墨的导电填料，其导电效果更好，得到的导电涂层的透明度更高，且能够与表面润湿剂作用，使得到的导电油墨的润湿性和流平性更佳，既能够保持较好的润湿性又能够保持高导电性。

结合第一方面，在另一实施例中，金属材料包括金、银和铜中的一种或多种。

使用金属材料作为导电油墨的导电填料，其导电效果较佳。

结合第一方面，在另一实施例中，导电高分子材料包括聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺、聚吡咯、聚酞菁、聚苯硫醚、聚对苯撑乙烯、掺杂聚乙炔和聚对苯撑中的一种或多种。

使用导电高分子材料作为导电油墨的导电填料，导电高分子填料能够与表面润湿剂作用，使导电油墨的润湿性和流平性较佳。

结合第一方面，在另一实施例中，溶剂包括水系溶剂或有机系溶剂。使用水性溶剂或有机系溶剂，都能够使导电油墨的各组分分散更加均匀，使得到的导电油墨的分散性较佳。

结合第一方面，在另一实施例中，水系溶剂包括水或/和乙醇。

结合第一方面，在另一实施例中，有机系溶剂包括丙酮、松油醇、苯丙乳液、N-甲基吡咯烷酮、甲醚化氨基和150#溶剂油中的一种或多种。

结合第一方面，在另一实施例中，粘结剂包括聚氨酯类化合物或/和丙烯酸酯类化合物。调节导电油墨的粘度，得到粘度适宜的导电油墨。

结合第一方面，在另一实施例中，导电油墨还包括2-6重量份的添加剂，添加剂包括消泡剂或/和成膜助剂。

避免导电油墨的各组分在混合过程中产生气泡，使导电油墨在成膜导电涂层的时候，成膜更加均匀，效果更好。

结合第一方面，在另一实施例中，消泡剂包括有机硅氧烷和聚醚中的一种或多种。

结合第一方面，在另一实施例中，成膜助剂选自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和醇酯十二中的一种或多种。

第二方面，本申请实施例提供一种上述导电油墨的制备方法，包括：将导电填料、溶剂、粘结剂和表面润湿剂均匀分散混合。加入聚有机硅氧烷类化合物作为表面润湿剂，均匀分散以后使导电油墨的各组分分散更加均匀，使得到的导电油墨具有良好的流平性、润湿性、附着力和导电性。

第三方面，本申请实施例提供一种薄膜晶体管，包括衬底和附着于衬底表面的导电油墨。导电油墨在衬底上的附着力更强，润湿性和流平性较佳，能够很好的附着在衬底上。

第四方面，本申请实施例提供一种薄膜晶体管的制备方法，包括：在衬底的表面印刷导电油墨，硬化导电油墨形成有源层。有源层能够很好的附着在衬底的表面，且得到的有源层的透明性和导电性较佳。

具体实施方式

液体在固体表面能铺展，接触面有扩大的趋势，就是润湿，润湿就是液体对固体表面的附着力大于其内聚力。当液体完全润湿固体时，液体将布满整个固体表面，或者在固体表面上形成单分子膜。

表面润湿性与流平性可以通过静态接触角进行表征。润湿作用实际上涉及气、液、固三相界面，在三相交界处自固/液界面经过液体内部到达气/液界面的夹角为接触角，以θ表示，通常通过液滴形状分析法测定得到，是研究固/液润湿作用的基础，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据。若θ＝0，液体能完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；0<θ<90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好；90°<θ<180°，液体不能润湿固体；θ＝180°，完全不润湿，液体在固体表面凝聚成小球。

影响接触角的因素很复杂，既有材料本身的因素，也有外界环境的影响，但材料自身的组成与结构占主导地位。所以，通过添加表面润湿剂与流平剂的方法，可以改变液态导电油墨的接触角与表面自由能，从而改变干燥后油墨涂层的表面润湿性，使油墨的附着力更强。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

导电油墨包括40-70重量份的导电填料、20-40重量份的溶剂、5-15重量份的粘结剂和0.01-10重量份的表面润湿剂。

其中，表面润湿剂包括聚有机硅氧烷类化合物。

使用聚有机硅氧烷类化合物作为表面润湿剂，不仅能够使导电油墨具有润湿性好的效果，还能够使导电油墨具有流平性好的效果，不需要再额外添加其他流平剂和润湿剂，就能够得到静态接触角小的导电油墨，使导电油墨的附着力更强，附着效果更好。

表面润湿剂包括聚酯改性的聚有机硅氧烷或/和聚醚改性的聚有机硅氧烷。表面润湿剂还可以包括苯基改性的聚有机硅氧烷和氨基改性的聚有机硅氧烷。具有良好的流平性和润湿性，不需要再在导电油墨内添加其他流平剂和润湿剂，使导电油墨具有很好的附着效果。

可选地，表面润湿剂为聚酯改性的聚有机硅氧烷。可选地，聚酯改性的聚有机硅氧烷可以是聚氨酯改性的聚有机硅氧烷。

聚酯改性的聚有机硅氧烷添加量较少的情况下，就能够使导电油墨达到很好的润湿性和流平性，减少导电油墨的原料成本。

导电填料包括碳系材料、金属材料和导电高分子材料中的一种或多种。

可选地，碳系材料包括石墨烯、石墨烯量子点、氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、富勒烯、导电石墨和炭黑中的一种或多种。使用碳系材料作为导电油墨的导电填料，能够与聚有机硅氧烷类化合物配合，使得到的导电油墨的润湿性和流平性更佳，且使用导电油墨制备导电涂层以后，其透明性较好，导电性较佳，既能够保持较好的润湿性又能够保持高导电性。

可选地，碳系材料为石墨烯，且石墨烯片层层数在十层以下时，得到的导电油墨的导电性更佳，与聚酯改性的聚有机硅氧烷配合以后，润湿性和流平性更好，得到润湿性好、导电性佳的导电油墨。

可选地，金属材料包括金、银和铜中的一种或多种。

可选地，导电高分子材料包括聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺、聚吡咯、聚酞菁、聚苯硫醚、聚对苯撑乙烯、掺杂聚乙炔和聚对苯撑中的一种或多种。

溶剂包括水系溶剂或有机系溶剂。使用水性溶剂或有机系溶剂，都能够使导电油墨的各组分分散更加均匀，使得到的导电油墨的分散性较佳，使用导电油墨制备导电涂层以后，导电效果更好。

可选地，水系溶剂包括水或/和乙醇。

可选地，有机系溶剂包括丙酮、松油醇、苯丙乳液、N-甲基吡咯烷酮、甲醚化氨基和150#溶剂油中的一种或多种。

本实施例中，使用乙醇作为导电油墨的溶剂，得到的导电油墨的润湿性和流平性更佳。

粘结剂包括聚氨酯类化合物或/和丙烯酸酯类化合物。可选地，粘结剂为水溶性聚氨酯，得到的导电油墨的润湿性和流平性更佳。

导电油墨还包括2-6重量份的添加剂，添加剂包括消泡剂或/和成膜助剂；

可选地，消泡剂包括有机硅氧烷和聚醚中的一种或多种。

可选地，成膜助剂选自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和醇酯十二中的一种或多种。

一种上述导电油墨的制备方法包括：将导电填料、溶剂、粘结剂和表面润湿剂均匀分散混合。

将导电填料、溶剂、粘结剂、表面润湿剂和添加剂按照上述比例混合以后，通过球磨、或砂磨、或三辊研磨、或超声分散、或高速旋转后，得到均匀分散的液态混合物，然后进行过滤、质检及分装，得到合格的导电油墨成品。

一种薄膜晶体管，包括衬底和附着于衬底表面的导电油墨。薄膜晶体管包括衬底和附着于衬底表面的上述制备方法制备得到的导电油墨。

一种薄膜晶体管的制备方法包括：在衬底的表面印刷导电油墨，硬化导电油墨形成有源层。

其中，导电油墨通过印刷的方式附着在衬底的一表面。可选地，导电油墨通过丝网印刷法、喷墨印刷法、凹版印刷法、旋涂法、喷涂法、滚涂法和刮涂法中的其中一种方法设置在衬底的表面，然后在温度为100-200℃的条件下进行硬化。可选地，导电油墨形成的导电涂层在120-150℃的条件下进行硬化。

可选地，薄膜晶体管的制备方法包括：(1)、在衬底的表面形成电极层，(2)、在电极层的表面以及衬底的未被电极层覆盖的表面印刷导电油墨，形成薄膜晶体管的有源层，(3)、在有源层的表面直接涂覆绝缘层浆料，形成绝缘保护层。不需要等离子体轰击技术来形成绝缘保护层，在形成绝缘保护层的过程中，不会对有源层造成损害，从而提高薄膜晶体管的电学性能。

上述导电油墨能够很好地附着在电极层和衬底的表面，且能够直接在有源层的表面进行涂覆形成绝缘保护层，在薄膜晶体管制作的过程中保护有源层，使薄膜晶体管的电学性能更佳。

实施例

导电油墨包括导电填料、溶剂、粘结剂、表面润湿剂和添加剂，导电油墨的各组分含量如表1：

表1导电油墨的各组分含量(此处均为质量百分数)

将上述各组分材料按照上述比例混配后，均匀分散形成导电油墨，通过喷墨打印的方式，将其均匀地涂布在PET衬底的表面，在130℃条件下加热硬化，得到薄膜晶体管有源层。

检测实施例1-实施例9和对比例1-对比例4得到的导电油墨的印刷性、接触角和表面自由能得到表2：

表2导电油墨的性能

其中，接触角的测定方法为：通过接触角测量仪，采用液滴形状分析法进行测定，然后利用Wu氏方程进行表面自由能的计算。

印刷性：

○表示：粘度适中，粘度范围在5-3500cPas之间，流平性好，分散性好，可以均匀印刷成膜。

╳表示：粘度过高或过低，流平性差，分散性差，难以均匀印刷成膜。

从表2可以看出，对比例1和对比例2中，使用低分子量聚合物类解絮凝型润湿剂和基于丙烯酸共聚物的铵盐润湿剂作为导电油墨的表面润湿剂，在不添加流平剂的情况下，其接触角较大，导电油墨的润湿性和流平性较差。

对比例3中，仅加入流平剂，不添加表面润湿剂的情况下，其接触角较大，导电油墨的润湿性和流平性变差。对比例4中，在使用低分子量聚合物类解絮凝型润湿剂作为导电油墨的表面润湿剂时，需要添加流平剂，使导电油墨接触角减小，润湿性和流平性较佳。

实施例1-实施例9中，使用聚酯改性的聚有机硅氧烷、聚醚改性的聚有机硅氧烷作为导电油墨的表面润湿剂，均可以有效地减小导电油墨与PET衬底的接触角，提高表面润湿性。

其中，实施例2、实施例5和实施例6提供的导电油墨的接触角较小，润湿性和流平性较好。也就是说，使用石墨烯作为导电填料，使用聚酯改性的聚有机硅氧烷作为表面润湿剂、聚氨酯类化合物作为粘结剂和乙醇作为溶剂时，得到的导电油墨的润湿性和流平性较佳。

当接触角较小的情况下，表面自由能为临界自由能，实施例2、实施例5和实施例6提供的导电油墨中，实施例6提供的导电油墨的临界自由能较小，其润湿性和流平性最佳。

所以，从表2可以看出，在使用聚酯改性的聚有机硅氧烷作为表面润湿剂时，导电油墨中可以不添加额外的流平剂和润湿剂，就能够使导电油墨具有良好的流平性和润湿性，使导电油墨的性能更佳。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种导电油墨，其特征在于，包括40-70重量份的导电填料、20-40重量份的溶剂、5-15重量份的粘结剂和0.01-10重量份的表面润湿剂；

其中，所述表面润湿剂包括聚有机硅氧烷类化合物。

2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述表面润湿剂包括聚酯改性的聚有机硅氧烷或/和聚醚改性的聚有机硅氧烷。

3.根据权利要求2所述的导电油墨，其特征在于，所述表面润湿剂为聚酯改性的聚有机硅氧烷。

4.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述导电填料包括碳系材料、金属材料和导电高分子材料中的一种或多种；

可选地，所述碳系材料包括石墨烯、石墨烯量子点、氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、富勒烯、导电石墨和炭黑中的一种或多种；

可选地，所述金属材料包括金、银和铜中的一种或多种；

可选地，所述导电高分子材料包括聚乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺、聚吡咯、聚酞菁、聚苯硫醚、聚对苯撑乙烯、掺杂聚乙炔和聚对苯撑中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述溶剂包括水系溶剂或有机系溶剂；

可选地，所述水系溶剂包括水或/和乙醇；

可选地，所述有机系溶剂包括丙酮、松油醇、苯丙乳液、N-甲基吡咯烷酮、甲醚化氨基和150#溶剂油中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述粘结剂包括聚氨酯类化合物或/和丙烯酸酯类化合物。

7.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述导电油墨还包括2-6重量份的添加剂，所述添加剂包括消泡剂或/和成膜助剂；

可选地，所述消泡剂包括有机硅氧烷和聚醚中的一种或多种；

可选地，所述成膜助剂选自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和醇酯十二中的一种或多种。

8.一种权利要求1-7任一项所述的导电油墨的制备方法，其特征在于，包括：将所述导电填料、所述溶剂、所述粘结剂和所述表面润湿剂均匀分散混合。

9.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括衬底和附着于所述衬底表面的权利要求1-7任一项所述的导电油墨。

10.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：在所述衬底的表面印刷权利要求1-7任一项所述的导电油墨，硬化所述导电油墨形成有源层。