在導電墨水體系中引入“可逆凝膠液滴前端”的設(shè)計理念

低成本、大尺寸、柔性顯示促進了噴墨打印技術(shù)的發(fā)展，但器件級電學薄膜的印刷制備仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。低溫可溶性功能材料（懸浮液、溶液）的噴墨打印不僅僅要滿足微液滴釋放條件，還要在固化后實現(xiàn)分散質(zhì)的均勻分布，必須克服單個液滴蒸發(fā)難以回避的“咖啡環(huán)”效應(yīng)，同時控制液滴間的溶質(zhì)遷移，而后者對于導電薄膜來說一直缺乏可靠的調(diào)控手段。

由于干燥微環(huán)境的影響，即便組成液膜的微液滴均可達到皮升級精準釋放，其蒸發(fā)速率與干燥時間也存在巨大差異，溶質(zhì)沉積表現(xiàn)出明顯的位置相關(guān)性。更糟糕的是，越是可打印的墨水，其粘度往往越低，薄膜溶質(zhì)的不均勻堆積越不可控。此外，導電墨水也不適宜添加過多聚合物來實現(xiàn)均勻沉積，否則不僅會導致液滴釋放困難，還會帶來最終薄膜電學性能的劣化。

華南理工大學發(fā)光材料與器件國家重點實驗室彭俊彪教授團隊的寧洪龍研究員、姚日暉副教授、陶瑞強博士等人首次提出在導電墨水體系中引入“可逆凝膠液滴前端”的設(shè)計理念，通過精確調(diào)控導電墨水的“溶膠-凝膠”轉(zhuǎn)變過程來同時實現(xiàn)其可打印性（溶膠）與沉積均勻性（“可逆凝膠液滴前端”），在未經(jīng)表面處理的玻璃基底上獲得高均勻性銀電極薄膜，其厚度在8 cm × 8 cm范圍內(nèi)僅存在15 nm的周期性起伏（Δh/ΔL≈ 3/7000），為當前所報道的最高水準。

由于高精度壓電式噴墨打印所釋放液滴的尺寸僅在數(shù)十微米間，而尺寸越小的液滴相對蒸發(fā)效應(yīng)越強（干燥時間短），完全可以充分利用該特點促使液滴在較低溫度下發(fā)生“溶膠-凝膠”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)噴射狀態(tài)為“溶膠態(tài)”，而沉積狀態(tài)為“凝膠態(tài)”。傳統(tǒng)聚合物凝膠墨水不能實現(xiàn)打印薄膜的大尺寸均勻性，原因首先在于其可打印工藝窗口窄，其次在于其對沉積延遲時間要求過高，容易使相融液滴產(chǎn)生“疊幣”效應(yīng)。該研究團隊通過小分子絡(luò)合反應(yīng)設(shè)計出共溶劑金屬前驅(qū)體墨水，優(yōu)化低表面張力的辛胺為絡(luò)合劑，加入占比更小的低沸點低表面張力的乙醇為共溶劑，其目的為

（1）滿足成膜條件；

（2）促進蒸發(fā)；

（3）誘導外向馬朗格尼流動。

后兩者與“咖啡環(huán)”效應(yīng)共同作用使沉積態(tài)液滴邊緣首先在表面迅速凝膠化，形成“凝膠液滴前端”，抑制單個液滴蒸發(fā)不均勻，同時阻止液滴間的溶質(zhì)傳輸。絡(luò)合反應(yīng)產(chǎn)生的凝膠可以在液滴融合時發(fā)生“凝膠-溶膠”逆轉(zhuǎn)變，避免了“疊幣”效應(yīng)，獲得了平緩的液滴邊界，并且其表面起伏在熱退火后進一步改善，最終獲得高平整薄膜表面。該方法簡單易行，對于噴墨打印來說具有較高的穩(wěn)定性，不會增加額外的工藝步驟，兼容大面積薄膜制備，對高性能打印電子器件的實現(xiàn)有一定參考價值。