喷墨打印技术(Inkjet printing)是一种非接触式的微米级印刷过程,可通过直接喷射纳米尺寸的溶液在柔性或硬质基底上实现。由于喷墨打印工艺可以直接形成图案化的薄膜而无需掩模版,被认为是一种极具潜力的印刷工艺111。喷墨打印装置通常包含一个墨盒,以及能够精确沉积溶液在设计区域的喷墨头。由于喷墨打印是精密控制溶液沉积体积和位置、易图案化、材料利用率高和无污染的非接触式沉积技术,被认为是在低成本和高产量的印刷电子领域最具有商业应用前景的技术。各国政府与企业在喷墨打印的OLED、quantum light-emitting diodes(QLED)和OTFTs方面投入大量财力、人力进行技术开发,如三星、LG、京东方(BOE)、维信诺(Visionox)等。
通常,喷墨打印可分为三种打印模式,即压电喷墨、声波喷墨和热喷墨。与传统的硅基微电子技术的蚀刻工艺相比较,喷墨打印的分辨率较低,导致其应用受到限制。喷墨打印的精度一般为20 m,通过选择合适的喷墨头与墨水,其分辨率可提高至400 nm。墨水的喷射特性、溶液挥发行为、墨水粘度和喷嘴直径都是影响分辨率的重要参数。同时,溶液沉积后的咖啡环效应也是制备均匀和致密薄膜的巨大挑战,这主要是由于液滴的不可控扩散和接触线阻塞引起的112,113。目前,不同的技术被引入到喷墨打印过程,以提高喷墨打印薄膜的成型质量:(1)墨水设计,使用低表面张力材料(表面活性剂、十二硫醇)或高沸点溶剂、凝胶化聚合物或修饰纳米粒子特性114-116;(2)基底处理,提高基底表面浸润性,降低表面温度,或引入电晕处理117-119;(3)设备改进,如定制化的喷嘴直径或提高平面移动精度。上述的方式被证明可以有效提高干燥微滴的形状、厚度和形貌,以及印刷薄膜的精度。总之,喷墨打印是可数字化控制的图案化方式,同时适用于各类材料的薄膜制备,是一种可靠的印刷技术。
