[发明专利]印刷电子设备

说明书

该发明是使用国家科学基金会(National Science Foundation)授予的批准号为CMS-0609049和美国国家航空航天局(NASA)授予的批准号为NCC1-02037的政府资助完成的。政府在本发明中享有确定的权益。

技术领域

本发明涉及印刷电子器件及它们的制造方法。

背景技术

印刷电子设备(printed electronics)在大量的应用中日益发现其用途，包括便携电子设备、标牌(signage)、照明设备、产品识别设备、软包装电子器件(packaging flexible electronics devices)(例如可以被辊轧或弯曲的电子器件)、光伏器件(photovoltaic device)、医疗和诊断设备、天线(包括射频识别(RFID)天线)、显示器(displays)、传感器、薄膜电池、电极以及其它大量的用途。相比于由其它方法(包括减数法(subtractive method))制造的电子设备，印刷电子设备具有多种优点。印刷可以比标准的减数法(包括蚀刻)更快，并且产生更少的废物，以及包括相比在这些方法中使用更少的危险化学物质。所得到的电子设备可以更容易地用于柔性器件，例如被设计为在使用过程中被辊轧、扭曲、弯曲或经受其它变形的显示器。

通常采用导电性的金属基油墨，通过在基板上印刷电子电路或其它元件或器件来制造印刷电子设备。所述的油墨通常包括银颗粒、偶尔地铜颗粒、其它金属颗粒和/或传导性聚合物。但是，单独的传导性聚合物一般导电性不足。而且，所得到的印刷金属电路通常导电性不足以在大多数应用中有效，所述的应用包括在器件中的应用，在使用过程中所述的电路在所述的器件中由于弯曲和/或伸展而被经常地施加压力。因而，为了获得希望的导电率水平，必须经常在升高的温度下对所述的印刷基板加热以烧结所述的传导性金属颗粒。烧结过程中使用的温度常常限制了可以被选择用于所述电子设备制备的基板。例如，在很多应用中，虽然希望使用价廉的材料例如纸、聚烯烃(例如聚丙烯)等作为用于印刷电子设备的基板，但所述的烧结温度通常要求太高以至于不能使用纸。

而且，银是昂贵的，以及其它非贵金属暴露于环境时可能形成氧化物，这使得所述的材料对于所述的应用传导性不足。此外，使用金属基的油墨会增加所得到的器件的重量，并且前面所提到的烧结过程会给制造过程增加一个以上额外的步骤、时间以及复杂性。因而，希望获得使用油墨的印刷电子器件，所述的油墨不含有昂贵的贵金属、重量较轻，不需要烧结来使导电性充足，因而其可以在包括纸和聚烯烃(例如聚乙烯)的更广泛种类的基板材料上使用。

US 7097788公开了一种提高包括油墨中的定向颗粒的油墨的导电性的方法。US 7163734公开了一种单元和用于使有机聚合物导电层形成图案的方法，所述的导电层适合作为电子或半导体器件中的电子电路单元。US2006/0124922公开了一种用于形成用于有机半导体晶体管电极(electrode)的导电性油墨。WO 2004/006635公开了一种使用导电性油墨进行印刷的方法。WO 2006/108165公开了一种传导性油墨，其含有微细的金属颗粒、聚合物基、溶剂和装有传导性填料的纳米管(nanotube)。WO 2006/137666公开了一种具有天线辐射器(antenna radiator)的天线，通过在基板上印刷导电性油墨形成所述的天线辐射器。WO 2007/053621公开了一种电流体力学印刷和制造的方法。

发明内容

本文公开和权利要求所要求的是一种印刷电子器件，其包括含有至少一个表面的基板，其中，已将导电油墨层施用到部分表面，并且其中，所述的油墨包括官能化的石墨烯片(graphene sheet)和至少一种粘合剂。本文进一步公开和权利要求所要求的是用于形成所述印刷电子器件的方法。

附图说明

图1是导电性线路的光学显微镜图像，所述的线路由包括被埋入聚环氧乙烷的官能化的石墨烯片的油墨进行印刷。

具体实施方式

作为本文所使用的术语，“导电性油墨”包含悬浮和/或溶解在液体中以及糊状的导电性材料，和含有很少或不含液体的实质上为固体形式的材料。导电性油墨可以是自由流动的、粘性的、固体的、粉末的等等。术语“油墨”用于指如下形式的油墨，其适合应用于基板，以及在任何后应用处理(例如蒸发、交联、固化等)之前和之后应用于基板之后的材料。