[发明专利]一种减少喷墨打印凝胶薄膜开裂的方法

说明书

本发明属于印刷电子材料领域，公开了一种减少喷墨打印凝胶薄膜开裂的方法。往乙二醇和去离子水的混合溶剂体系中加入质量分数0.3％～0.5％的聚丙烯酰胺，加热搅拌充分溶解，然后加入摩尔浓度为0.3～0.5M的八水合氯氧化锆，搅拌溶解后陈化，得到金属氧化物溶液；将所得金属氧化物溶液通过喷墨打印成膜，静置待液膜完全凝胶，即得到较少裂纹的金属氧化物薄膜。本发明方法通过在高沸点醇类体系中引入适量的水形成混合溶剂体系，使得体系中水解反应的比例升高，薄膜骨架结构的强度整体提高，在保证打印性较好的前提下显著减少了干燥过程中薄膜的开裂。

技术领域

本发明属于印刷电子材料领域，具体涉及一种减少喷墨打印凝胶薄膜开裂的方法。

背景技术

在溶胶凝胶法中，由于液体表面张力的存在，薄膜在干燥过程中內部将产生应力的不均，从而导致结构坍塌，薄膜开裂。目前最主要的防开裂方法是超临界干燥工艺，即通过压力与温度的控制，使溶剂实现从液相至超临界流体的转变，这时气相与液相间无明显的界面，因而不存在明显的表面张力，使得凝胶骨架结构在干燥过程中得以保持。

上述方法中，超临界干燥所需要的器具为密闭性要求极高的高压釜，此外还需要精度极高的温度和压力控制设置，设备成本极为高昂，只能适用于质量要求高的产品的小规模生产，且其能耗大，与当今绿色环保的主旨相悖。因此，一种适用于大规模、低成本制备的防开裂工艺是十分必要的。再者，在微电子制造领域，喷墨打印本身的优势就在于其较低的成本，因此搭配低成本、简工序的干燥工艺无疑能够充分发挥其低成本的优势。

由于喷墨打印中存在着墨水固化导致喷口堵塞和墨水固化过快导致墨滴间未充分融合等问题，因此常常会避免在墨水中使用沸点较低的溶剂。就打印性来说，沸点150℃以上的醇类溶剂能够获得较为理想的打印效果。然而使用纯醇类溶剂体系在理论上是不利于避免干燥过程中裂纹的产生的。溶胶凝胶法制备氧化物的基本反应包括水解/醇解反应和缩聚反应，反应机理如下：

水解：M(OR)_n+xH₂O——M(OR)_n-x(OH)_x+xROH

醇解：M(B)_n+xROH——M(B)_n-x(OR)_x+xHB

缩聚：①M—OR+RO-M——M-O-M+R-OR(脱醚)

②M—OR+HO-M——M-O-M+ROH(脱醇)

③M—OH+HO-M——M-O-M+H₂O(脱水)

其中，M表示金属元素，OR表示醚基，OH表示羟基。反应①、②、③在同一温度下的反应活性依次增加。因此当墨水采用纯醇溶剂时，体系内以醇解反应为主，聚合反应的也以脱醇和脱醚反应为主，其反应程度相对较低，形成的骨架结构网络化程度较低，更容易坍塌导致薄膜开裂。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种减少喷墨打印凝胶薄膜开裂的方法。本发明方法通过在高沸点醇类体系中引入适量的水形成混合溶剂体系，使得体系中水解反应的比例升高，薄膜骨架结构的强度整体提高，在保证打印性较好的前提下显著减少了干燥过程中薄膜的开裂。本技术方案提供了一种简单可行的实现低成本防开裂干燥的思路。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种减少喷墨打印凝胶薄膜开裂的方法，包括如下步骤：

(1)往乙二醇和去离子水的混合溶剂体系中加入质量分数0.3％～0.5％的聚丙烯酰胺，加热搅拌充分溶解，然后加入摩尔浓度为0.3～0.5M的八水合氯氧化锆，搅拌溶解后陈化，得到金属氧化物溶液；