浅谈印刷电子技术的特点及发展前景分析

刘 力，杨 柳，陈裕意

（乐凯华光印刷科技有限公司 河南 南阳 473000）

0 引言

印刷电子技术，对于目前的电子制造加工的发展有着十分重大的作用，目前已经成为一个独立的电子加工制造新兴领域，蕴含着巨大的发展机遇。为此，世界许多国家和地区制定了相应的发展战略与科技计划，以推动印刷电子技术研究及产业化发展。

1 印刷电子技术发展现状

印刷电子技术（printed electronics）是一种新兴技术，其原理是利用传统的印刷工艺来制备电子产品，将电子材料调配成适用于印刷技术的电子功能性油墨，然后通过印刷工艺完成电子产品的制造[1]。印刷电子技术利用了传统印刷工艺的优势，与目前新兴的纳米材料进行结合，得到了性能优越的电子产品，极大地简化了电子产品的制造流程，提高了生产效率，降低了生产成本[2]。以印刷电路板（PCB）为例，传统的印刷电路板需要经过涂胶、光刻、刻蚀、溅射、真空沉积等一系列复杂且高成本的制备工艺[3]。相比较而言，印刷电子技术极大地简化了生产过程，具有节约原料、降低成本、绿色环保等优势[4]。印刷电子技术具有易于规模化生产、柔性化、流程简单、低成本等特点与优势，是一个新兴的技术领域，引发了国内外广泛的关注与研究。目前，如图1 所示，通过印刷电子技术已经商业化制备了许多电子元器件，例如太阳能电池、电子标签（RFID）、薄膜晶体管、有机发光二极管、电极电路、传感器等。同时，随着电子产业的扩张和智能电子产品需求的不断攀升，全球印刷电子市场得到了进一步的推动，展现出了巨大的科研以及商业价值。

2 印刷电子技术的特点

印刷电子技术主要有印刷工艺技术和相应的印刷电子功能性油墨技术。目前主要的印刷工艺技术有丝网印刷、喷墨印刷和涂布印刷。丝网印刷是指用丝网作为版基，并通过感光制版方法，制成带有图文的丝网印版，在印刷过程中油墨透过图文部分的网孔挤压到承印物上[5]，张翱等[6]利用丝网印刷技术成功制备了染料敏化太阳能电池，研究了不同网目对印刷太阳能电池光伏性能的影响。喷墨印刷是指通过计算机使油墨从喷嘴附在承印物上而获得图文的一种印刷方法[7]，冉紫媛[8]简述了喷墨印刷技术在大幅面柔性屏方面的应用，国内京东方等显示屏企业已经建立起喷墨印刷柔性屏产线，推动印刷电子及柔性显示产业的发展。涂布印刷是将糊状聚合物、熔融态聚合物或聚合物熔液涂布于纸、布、塑料薄膜上制得复合材料（膜）的方法[9]，刘江等[10]利用涂布印刷制备了氧化石墨烯-银纳米线可拉伸透明导电薄膜，探究了曝光次数和氧化石墨烯不同涂布方式对薄膜光电特性的影响，优化后的导电薄膜方块电阻达到了12 Ω，透过率超过80%，且在48%的拉伸情况下仍然保持着较好的导电性。印刷电子功能性油墨是印刷电子技术的最核心技术，印刷电子功能性油墨主要包括主体材料、溶剂或分散剂、添加剂几个组成部分。主体材料用于实现具体功能，目前的研究热点是纳米材料；溶剂或分散剂要与主体材料具有匹配性，能够很好地溶解或分散主体材料，会直接影响成膜的功能性，进而影响到整个电子器件的性能；添加剂可以进一步优化印刷效果和性能指标，添加剂主要有消泡剂、流平剂、附着力增加剂等，可以实现不同的功能要求，但前提是不能影响主体材料的性能。

3 印刷电子技术的发展趋势

现阶段，印刷电子工艺技术与传统印刷行业技术基本可以沿用，已经十分成熟，因此，开发出相应的印刷电子功能性油墨是最主要的研究方向，其中纳米材料由于其各种优异的性能成为了印刷电子材料研究的重点。目前，许多纳米材料已经应用于印刷电子技术，通常形态是纳米粒子、纳米线、纳米片或纳米管等。如何将纳米材料与印刷电子技术相结合也是研究的难点与重点，制备纳米电子功能性油墨的主要途径是将纳米材料分散在特定溶液中，需要调整纳米材料、溶剂以及添加剂的比例来得到稳定性强、适印性强的纳米电子功能性油墨。

印刷电子是一个新兴技术领域，到目前为止也仅有十余年的时间，已经应用于许多新兴领域，例如人工智能、生物医学、柔性电子、新能源等。印刷电子创造的每一种产品都可以造就一个产业，目前热门的产业领域有太阳能电池、生物传感器、有机发光二极管（OLED）、印制电路板（PCB）、导电银浆等。太阳能电池领域是印刷电子产业的一个十分重要的领域，传统成熟的晶硅太阳能电池的表面电极是通过丝网印刷导电银浆制备的，下一代有机太阳能电池及钙钛矿太阳能电池将继续使用印刷电子技术来实现产品的优异性能；在生物传感器领域，印刷电子制造技术可以有效地降低产品的成本，提高生产效率，同时可以应用于制备下一代纸基生物传感器，进一步扩展了产品的使用空间；有机发光二极管（OLED）已经与印刷电子技术紧密结合，日本JOLED 公司经过多年开发，于2018 年量产了第一款印刷OLED 显示屏，国内多个面板龙头企业也在投资建设印刷OLED 显示屏生产线，印刷电子技术在显示屏领域的应用极大地降低了成本且实现了显示屏的柔性化，开创了柔性屏的新时代。随着各种印刷电子产品市场的扩张，印刷电子产业链将会越来越成熟完善。