纳米导电油墨的新应用发展
- 2015-01-06 09:01:522022
柔性透明导电薄膜
传统导电薄膜多采用ITO作为导电功能层，由于脆性较大，必须要有玻璃作为保护层，不具备柔性的特点。随着柔性显示产品的普及，国内外许多研究机构开始寻找ITO的代替品。利用纳米银导电油墨作为导电原料，通过新制造技术——纳米压印技术制作的柔性透明导电薄膜获得成功，有望在近几年投入市场，取代传统导电薄膜。利用该工艺制作的柔性透明导电薄膜具有如下特点：薄膜表面电阻与透光率可调（优于ITO透明导电薄膜）；可一次实现图案化电极（优于碳材料透明导电薄膜）；采用柔性基材，可实现卷对卷大面积、批量化、低成本制造（优于氧化物系列透明导电薄膜）；可获得极高表面导电率（优于导电高分子材料系列透明导电薄膜）。
RFID天线
早在多年前，就有人开始研究用纳米导电油墨印刷RFID天线，其大的优势是工艺简单、环保、干燥温度低（适用于多种基材）。常用的RFID天线分为高频和超高频两种，高频天线制造工艺相对繁琐，电路需要正反桥接；超高频天线只需在基材上印刷一次，干燥后，封装芯片即可得到RFID标签。因此，纳米导电油墨印刷超高频RFID天线更具有效率优势。由于纳米导电油墨的干燥温度可低至100℃左右，因此可在纸张、PET表面印刷超高频RFID天线，在烟酒防伪方面发挥巨大作用。目前，已有公司利用纳米银导电油墨通过喷墨印刷或凹版印刷在纸张和PET表面制作超高频RFID天线，经过芯片封装后，RFID标签的频率为920MHz，识别距离可达5米。
晶体管
衡量芯片制造工艺的基准是芯片内晶体管连接导线的宽度，即线宽。半导体芯片的线宽受到原子尺寸的限制，有其物理极限，芯片体积不可能无限小，通、断电的频率无法再提高。突破这个瓶颈需要材料和技术的彻底革新，可采用CNTs晶体管来取代硅晶体管。采用CNTs制作的晶体管，性能比传统硅晶体管高3～5倍，且制作成本低。
目前已有一些研发机构开始利用碳纳米管导电墨水印刷晶体管。2010年，NEC研究小组在水中加入了10ppm的比例为95%的半导体性质的CNTs和100ppm的乙二醇制成喷墨墨水，印刷出了线宽为70μm的图案。据悉，NEC研究小组计划在2014年利用印刷技术使柔性基材上的CNTs晶体管达到实用水平，用途为RFID标签等。苏州纳米所印刷电子技术中心使用CNTs、纳米银导电墨水，通过气流喷射技术制成了全打印薄膜晶体管。所打印的晶体管具有结构简单、可靠性好、工作电压低，可以在空气中打印及测试等优点，为印刷晶体管技术进一步实用化奠定了基础。
纸电池
纸电池指的是用纸张或薄膜基材作为载体，使用导电油墨（主要作为电极）印刷的超薄电池。纸电池的终端产品包括有源或半有源型的RFID标签、标签传感器、智能卡、智能包装、医用电子药贴等。纸电池市场规模目前约为250万美元，2015年有望超过56亿美元。
美国斯坦福大学的材料科学家崔易利用将单壁碳纳米管导电墨水涂在普通复印纸上，再连接上正负电极，然后将其浸入含有六氟磷酸锂电解液的溶液中，并密封装入小袋子，单壁CNTs可从每一个电极中收集电流，普通办公用纸就成为了纸电池。这种纸电池可被任意折叠和卷曲，而不会影响其充电功能，并且能够很容易地被压成薄片装入电脑，为其充电。该研究小组还提出，这种电池的制作技术极其易于推广并进行批量生产。
纳米银导电墨水也可以应用在纸电池电极上。国内也有厂商做过该试验，采用纳米银导电墨水经喷墨印刷，在PET薄膜上获得电极，经充放电测试后，发现其具有较好的电池容量，性能较稳定。
纳米导电油墨是印刷电子器件*的材料，是印刷电子产业链上游的关键和核心技术。上德国、日本和韩国等在纳米导电油墨研究与应用领域均处于地位。在我国，纳米导电油墨的生产与应用已经广泛开展起来，形成了强劲的发展势头。在应用方面，作为一种新的印刷耗材，纳米导电油墨需要有与之相匹配的工艺条件，才能生产出满足要求的导电线路。伴随纳米导电油墨生产商和应用终端的共同努力，一些可喜的成果将逐渐走进人们的视野。相信在不久的将来，大规模柔性显示器、环保超薄电池、RFID标签等会给人们的生活带来*便利。