[发明专利]一种数码可控打印ITO纳米导线的方法

说明书

本发明为一种数码可控打印ITO纳米导线的方法。该方法以N，N‑二甲基甲酰胺和无水乙醇为混合溶剂，溶解聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物制得前驱体溶液，然后利用电流体打印设备打印出ITO纳米导线阵列，最后经过一步高温退火，直接得到ITO纳米导线。本发明制备的ITO纳米导线，不仅具有低成本、高产率、节能环保、工艺简单、操作简便、适宜大规模制备等优点，而且所制备的ITO纳米导线化学稳定性好、尺寸可调、可以有序排列，适用于传感、光伏、电子和信息等多个领域。

技术领域

本发明涉及一种数码可控打印ITO纳米导线的方法，属于先进材料制造领域。

背景技术

氧化铟锡(ITO)作为一种宽带隙(3.5-4.3eV)半导体具有良好的化学稳定性和导电性、较高的透明度以及耐酸碱腐蚀等优点，被广泛应用在传感、光伏、电子和信息等多个领域。通常，传统的ITO导电电极采用溅射、电子束蒸发等工艺制备而得，不仅设备昂贵、耗能高，而且ITO靶材的利用率低，存在稀有金属元素铟(In)的浪费。为了解决上述问题，人们开始采用静电纺丝的方法合成具有良好电导率的ITO一维纳米线，并应用于制备传感器等电子器件。然而，传统静电纺丝的方法制备的ITO一维纳米线杂乱无章，无序排列，未能挖掘无机纳米线克服传统光刻方法局限性的潜力。目前，还没有成熟的技术用来制备长度、方向、位置和数量等可控，能够大规模对齐的ITO纳米线阵列。综上所述，为了实现低成本、高产率、节能环保地制备大规模尺寸可调、有序排列的ITO纳米线阵列，亟需一种新的制备方法。

基于以上问题，本发明通过电流体打印技术制备ITO纳米导线，将功能性ITO前驱体直接打印到衬底上制备电子元器件和电路，不仅工艺简单、操作简便，具有低成本、高产率和节能环保等优点，还实现了纳米线的大规模尺寸可调和有序排列，充分挖掘了无机纳米线在克服传统光刻方法局限性的潜力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种数码可控打印ITO纳米导线的方法；该方法以N，N-二甲基甲酰胺和无水乙醇为混合溶剂，溶解聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物制得前驱体溶液，然后利用电流体打印设备打印出ITO纳米导线阵列，最后经过一步高温退火，直接得到ITO纳米导线。本发明方法制备ITO纳米导线，不仅具有低成本、高产率、节能环保、工艺简单、操作简便、适宜大规模制备等优点，而且所制备的ITO纳米导线化学稳定性好、尺寸可调、可以有序排列，克服了现有技术制备纳米导线成本高、产率低、工艺复杂和环境不友好等缺点，适用于传感、光伏、电子和信息等多个领域。

本发明的技术方案如下：

一种数码可控打印ITO纳米导线的方法，具体步骤如下：

(1)N，N-二甲基甲酰胺和无水乙醇混合，配置混合溶剂；

其中，质量比N，N-二甲基甲酰胺：无水乙醇＝1～20：1；

(2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物及氯化亚锡二水合物溶于混合溶剂中，在20～70℃温度条件下搅拌0.5～24小时，配置打印所用前驱体溶液；

其中，质量比聚乙烯吡咯烷酮：硝酸铟水合物＝1：1～4，氯化亚锡二水合物：硝酸铟水合物＝1：1～20，前驱体溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为5％～20％；

(3)利用电流体打印机，将前驱体溶液打印为纳米线；

其中，在注射器针头上施加0.5～3kV的高电压，将注射器针头到基板的距离设置为0.5～8mm，注射器的出液流量设置为1～250nL/min，基板的移动速度设置为50～1000mm/s；

(4)将打印所得的纳米线在空气气氛中300～700℃温度条件下高温退火30～240min，最终得到ITO纳米导线。

所述ITO纳米导线的直径为100～6000nm，长度为0.01～20cm。多条纳米线之间的间距为10～2000μm。