[发明专利]一种实现喷墨打印均匀图案阵列的方法

说明书

本发明属于喷墨打印技术领域，公开了一种实现喷墨打印均匀图案阵列的方法。将玻璃基板经预处理后旋涂一层聚合物溶液，紫外光固化得到聚合物薄膜；所述聚合物薄膜与后续喷墨打印墨水的溶剂相溶；将喷墨打印墨水在上述聚合物薄膜上喷墨打印均匀墨滴阵列，退火处理后自然冷却，得到均匀图案阵列。本发明通过在喷墨打印前预先制备一层聚合物薄膜，利用喷墨打印过程中的“咖啡环”效应，可以得到高精细均匀图案阵列，突破了传统制备方法的极限，且获得的图案阵列具有良好的可重复性、均匀性。

技术领域

本发明属于喷墨打印技术领域，具体涉及一种实现喷墨打印均匀图案阵列的方法。

背景技术

喷墨打印(Inkjet Printing)，是一种自下而上的增材制造图形化技术，其具有无需真空、直接图形化、低温、低成本、环境友好等优点。被广泛运用于薄膜电子器件如电容器、薄膜晶体管、有机发光二极管、有机太阳能电池的制备。

在喷墨打印过程中，液滴在打印基板的最终形貌是由液滴的蒸发、液滴的表面张力、基板的表面能等多种因素共同作用的结果。墨滴通常以球状沉积在基板表面，由于其特殊的几何结构，会导致液滴边缘的溶剂蒸发速率大于液滴中心的溶剂蒸发速率，从而形成一个由液滴中心指向液滴边缘的径向毛细流动，以补偿液滴边缘蒸发而导致的溶剂损失。而径向毛细流动会带动液滴内部的溶质往液滴边缘移动，最终形成一个环状的结构，这种现象被称为“咖啡环”效应。咖啡环现象会导致液滴在基板表面不均匀沉积，但是利用咖啡环现象，在特定条件下也可以形成一些规则的图案，以满足特定的需求。由于受仪器精度限制，常规的压电喷墨打印技术可实现的最低线宽在20μm左右，限制了其在打印高精细、大面积均匀阵列中的应用。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种实现喷墨打印均匀图案阵列的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种实现喷墨打印均匀图案阵列的方法，包括如下步骤：

(1)在预处理后的玻璃基板上制备一层聚合物薄膜；所述聚合物薄膜与后续喷墨打印墨水的溶剂相溶；

(2)将喷墨打印墨水在步骤(1)的聚合物薄膜上喷墨打印均匀墨滴阵列，退火处理后自然冷却，得到均匀图案阵列。

优选地，步骤(1)中所述预处理是指依次用四氢呋喃、异丙醇、洗液、去离子水、异丙醇超声清洗，烘干，然后经氧气等离子体处理。以去除玻璃基板表面杂质和增大基板表面能。

优选地，步骤(1)中所述聚合物薄膜是指聚乙烯吡咯烷酮(PVP)薄膜；步骤(2)中所述喷墨打印墨水为以三乙二醇乙醚为溶剂的银纳米颗粒墨水。

更进一步地，所述聚乙烯吡咯烷酮薄膜通过如下方法制备：将含有聚合物PVP，固化剂甲基化聚(三聚氰胺-co-甲醛)和溶剂乙二醇的聚合物溶液旋涂至预处理后的玻璃基板上，紫外光固化得到聚乙烯吡咯烷酮薄膜。

优选地，步骤(2)中所述喷墨打印的温度为室温，墨滴间距为150～250μm。

优选地，步骤(2)中所述退火处理的温度为150～250℃，时间为10min。

本发明原理为：当墨滴沉积于合物薄膜表面，在强咖啡环效应的作用下，液滴中心溶剂带着溶质迅速向液滴边缘运动，溶质在边缘处沉积。且墨水溶剂将底层聚合物溶解，并进一步向边缘溶解，最后在墨滴边缘形成一圈均匀沉积的溶质。若没有聚合物薄膜，墨滴沉积在玻璃基板上将会形成三相线钉扎，墨水溶质和溶剂被限制在一定范围内沉积，最终形成的单个墨滴直径大约为50μm，墨滴将会在玻璃基板表面沉积形成均匀的点阵(如图5所示)，无法直接形成线宽小于20μm均匀的的环状结构。聚合物薄膜被墨水溶剂溶解将导致三相线滑移，最终促使溶质在墨滴边缘均匀沉积。其原理示意图如图1所示。均匀墨滴阵列形成均匀图案阵列的过程原理如图2所示。

本发明的制备方法具有如下优点及有益效果：