[發(fā)明專利]應用于薄膜器件工藝的水基有機納米墨水及制備和應用

有效

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• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103214900A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 解令海;黃維;林宗瓊;楊蘇慧;梁瑾;儀明東;常永正;張廣維
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C09D11/00
• 分類號: C09D11/00;C09D11/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于塑料電子科技與工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種超薄有機納米片的墨水、水溶液加工技術(shù)及其應用有機薄膜電子器件。

背景技術(shù)

水基溶液加工的有機薄膜光電子器件，對比與傳統(tǒng)有機溶劑加工方法，具有綠色環(huán)保，成本低廉的優(yōu)點而受到重視。同時，采用水基有機納米墨水摒棄傳統(tǒng)技術(shù)中的含氯、芳香性溶劑，不危害或毒害自然環(huán)境，因此具有重大的實用價值。水基納米墨水兼容包括絲網(wǎng)印刷，噴墨打印，旋轉(zhuǎn)涂覆，刮刀涂覆，連續(xù)卷對卷的加工工藝，其工藝簡便，可以應用批量生產(chǎn)。兼容于多種不同的溶液加工手段應用于多層器件結(jié)構(gòu)，可以應用于具備可彎曲，甚至折疊特點的柔性器件。

目前僅有兩種方式能夠?qū)崿F(xiàn)有機/聚合物薄膜的水基加工。其中一種重要的方式是將可溶性的側(cè)鏈通過化學修飾引入聚合物半導體中，多個課題組已有相當出色的工作。然而，這種方式需要大量的有機合成勞動，因此仍然不可避免的產(chǎn)生污染。另外一種有效而簡便的替代策略是利用水溶液分散的有機納米顆粒，實現(xiàn)水基加工的納米薄膜。比如，已大量應用的聚噻吩乙二醇醚:聚乙烯苯磺酸（PEDOT:PSS）常作為聚合物電致發(fā)光器件（PLED）的空穴傳輸層或電子阻擋層。所謂“微乳液加工”也首次報道了基于梯形聚對苯撐納米顆粒的PLED器件，隨后共軛聚合物納米顆粒用于聚合物太陽能電池以及具有光開關(guān)性質(zhì)的有機納米線晶態(tài)薄膜都陸續(xù)有了報道。盡管如此，從各種的有機納米結(jié)構(gòu)制備得到均一的大面積薄膜仍然是一項重大的挑戰(zhàn)。

值得注意的是，二維納米結(jié)構(gòu)一直被認為是有利于集成到器件中的幾何形態(tài)。目前，以石墨烯，二硫化鉬（MoS₂）為代表的成本低廉的二維原子晶體和無機半導體納米片也受到了越來越多的關(guān)注。但是，如何通過π-共軛分子自下而上的合成有機半導體納米片（OSNS）是一項嚴峻的挑戰(zhàn)。苝分子通過分子間的π-π堆積作用，有機金屬雜化納米片通過金屬-金屬相互作用以及電荷化的稠環(huán)芳烴能夠制備得到30～80納米厚的二維或準二維納米結(jié)構(gòu)。然而，超薄有機半導體納米片（～10納米或更薄）的研究更加迫切。作為首個超薄納米片的例子，金屬-金屬相互作用被引入到7～12納米的卟啉納米片的設計中。Li等人報道了通過明確的超分子主客體自組裝，葫蘆尿分子可以實現(xiàn)形狀大小可控的單分子厚度的自支撐納米片。通過對稱設計兩親性相互作用，兩親分子也可以導向二維各向異性的自組裝。此外，Lee等人提出了在分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移化合物中雙方向性的偶極設計策略。總之，對于平面共軛分子來說，二維納米自組裝要求分子結(jié)構(gòu)具有極高的對稱性，因此極大的限制了二維生長平衡過程的設計。而非平面分子的幾何形態(tài)提供了一種二維各向異性自組裝有效的替代方案，對比二維分子的幾何結(jié)構(gòu)，從三維多面體結(jié)構(gòu)釋放到二維半導體有機納米片要更加容易實現(xiàn)。

芴基螺環(huán)芳烴有機半導體及其衍生物是有機電致發(fā)光材料中的明星分子，具有容易處理、穩(wěn)定的共軛鏈長、高的熒光效率、高熱穩(wěn)定性、和良好的電荷傳輸能力等優(yōu)點，被應用到包括有機電致發(fā)光二極管藍光材料、主體材料和有機場效應晶體管功能半導體在內(nèi)的有機光電子器件中。其結(jié)構(gòu)特點是：兩個互相垂直的芳香平面通過中間的sp3碳原子鍵合在一起，形成了在空間上獨特的“十字交叉”分子構(gòu)型。因此以sp2和sp3雜化共存的螺環(huán)芳烴具有平面芳香烴相似的π-π堆積作用，同時空間非平面的分子構(gòu)型賦予其有趣的靜態(tài)位阻效應（SSH）。與傳統(tǒng)π平面分子相比，螺環(huán)芳烴將超分子作用力從二維平面拓展到三維空間，具有與眾不同的分子堆積方式。我們在前期的工作中，成功實現(xiàn)了螺環(huán)芳烴半導體納米晶多面體形貌的制備。而將其作為核心結(jié)構(gòu)，通過取代基效應控制分子間的相互作用和堆積方式，易于實現(xiàn)從三維多面體形貌向二維納米片的發(fā)展。將上述芴基螺環(huán)芳烴超薄納米片為水基加工制備大面積高結(jié)晶度均一的光電薄膜，提供了一種新穎的綠色經(jīng)濟的策略。能夠在電致發(fā)光二極管，場效應晶體管，太陽能電池和電存儲器件等有機光電子學器件中得到推廣。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提出應用于有機薄膜器件工藝的水基有機納米墨水及制備和應用，將其以水基有機納米墨水實現(xiàn)大面積制備的均一納米薄膜，應用有機薄膜器件中。另外，指出了水基加工有機納米片的策略有望實現(xiàn)有機電子器件的綠色，環(huán)境友好的工業(yè)化制備。

技術(shù)方案：本發(fā)明是一種應用于薄膜器件工藝的水基有機納米墨水及其制備和應用，基于芴基螺環(huán)芳烴超薄納米片的設計，水溶液分散的超薄納米片（～10納米），并用于有機光電薄膜的制備及半導體性質(zhì)。

本發(fā)明應用于薄膜器件工藝的水基有機納米墨水由有機納米片、表面活性劑、助劑和水組成；其中組成比例為：