[發(fā)明專(zhuān)利]一種數(shù)碼可控打印ITO納米導(dǎo)線的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210418781.0
• 申請(qǐng)日: 2022-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114735942A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文濤;屈尚達(dá);孫林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南開(kāi)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C03C17/23
• 分類(lèi)號(hào): C03C17/23;C04B41/87;C04B35/453;C04B35/622;B28B1/00;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00;B82Y30/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種數(shù)碼可控打印ITO納米導(dǎo)線的方法。該方法以N，N?二甲基甲酰胺和無(wú)水乙醇為混合溶劑，溶解聚乙烯吡咯烷酮、硝酸銦水合物及氯化亞錫二水合物制得前驅(qū)體溶液，然后利用電流體打印設(shè)備打印出ITO納米導(dǎo)線陣列，最后經(jīng)過(guò)一步高溫退火，直接得到ITO納米導(dǎo)線。本發(fā)明制備的ITO納米導(dǎo)線，不僅具有低成本、高產(chǎn)率、節(jié)能環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、適宜大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn)，而且所制備的ITO納米導(dǎo)線化學(xué)穩(wěn)定性好、尺寸可調(diào)、可以有序排列，適用于傳感、光伏、電子和信息等多個(gè)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)碼可控打印ITO納米導(dǎo)線的方法，屬于先進(jìn)材料制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氧化銦錫(ITO)作為一種寬帶隙(3.5-4.3eV)半導(dǎo)體具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性、較高的透明度以及耐酸堿腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在傳感、光伏、電子和信息等多個(gè)領(lǐng)域。通常，傳統(tǒng)的ITO導(dǎo)電電極采用濺射、電子束蒸發(fā)等工藝制備而得，不僅設(shè)備昂貴、耗能高，而且ITO靶材的利用率低，存在稀有金屬元素銦(In)的浪費(fèi)。為了解決上述問(wèn)題，人們開(kāi)始采用靜電紡絲的方法合成具有良好電導(dǎo)率的ITO一維納米線，并應(yīng)用于制備傳感器等電子器件。然而，傳統(tǒng)靜電紡絲的方法制備的ITO一維納米線雜亂無(wú)章，無(wú)序排列，未能挖掘無(wú)機(jī)納米線克服傳統(tǒng)光刻方法局限性的潛力。目前，還沒(méi)有成熟的技術(shù)用來(lái)制備長(zhǎng)度、方向、位置和數(shù)量等可控，能夠大規(guī)模對(duì)齊的ITO納米線陣列。綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)低成本、高產(chǎn)率、節(jié)能環(huán)保地制備大規(guī)模尺寸可調(diào)、有序排列的ITO納米線陣列，亟需一種新的制備方法。

基于以上問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)電流體打印技術(shù)制備ITO納米導(dǎo)線，將功能性ITO前驅(qū)體直接打印到襯底上制備電子元器件和電路，不僅工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，具有低成本、高產(chǎn)率和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了納米線的大規(guī)模尺寸可調(diào)和有序排列，充分挖掘了無(wú)機(jī)納米線在克服傳統(tǒng)光刻方法局限性的潛力。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種數(shù)碼可控打印ITO納米導(dǎo)線的方法；該方法以N，N-二甲基甲酰胺和無(wú)水乙醇為混合溶劑，溶解聚乙烯吡咯烷酮、硝酸銦水合物及氯化亞錫二水合物制得前驅(qū)體溶液，然后利用電流體打印設(shè)備打印出ITO納米導(dǎo)線陣列，最后經(jīng)過(guò)一步高溫退火，直接得到ITO納米導(dǎo)線。本發(fā)明方法制備ITO納米導(dǎo)線，不僅具有低成本、高產(chǎn)率、節(jié)能環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、適宜大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn)，而且所制備的ITO納米導(dǎo)線化學(xué)穩(wěn)定性好、尺寸可調(diào)、可以有序排列，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備納米導(dǎo)線成本高、產(chǎn)率低、工藝復(fù)雜和環(huán)境不友好等缺點(diǎn)，適用于傳感、光伏、電子和信息等多個(gè)領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種數(shù)碼可控打印ITO納米導(dǎo)線的方法，具體步驟如下：

(1)N，N-二甲基甲酰胺和無(wú)水乙醇混合，配置混合溶劑；

其中，質(zhì)量比N，N-二甲基甲酰胺：無(wú)水乙醇＝1～20：1；

(2)將聚乙烯吡咯烷酮、硝酸銦水合物及氯化亞錫二水合物溶于混合溶劑中，在20～70℃溫度條件下攪拌0.5～24小時(shí)，配置打印所用前驅(qū)體溶液；

其中，質(zhì)量比聚乙烯吡咯烷酮：硝酸銦水合物＝1：1～4，氯化亞錫二水合物：硝酸銦水合物＝1：1～20，前驅(qū)體溶液中聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量濃度為5％～20％；

(3)利用電流體打印機(jī)，將前驅(qū)體溶液打印為納米線；

其中，在注射器針頭上施加0.5～3kV的高電壓，將注射器針頭到基板的距離設(shè)置為0.5～8mm，注射器的出液流量設(shè)置為1～250nL/min，基板的移動(dòng)速度設(shè)置為50～1000mm/s；

(4)將打印所得的納米線在空氣氣氛中300～700℃溫度條件下高溫退火30～240min，最終得到ITO納米導(dǎo)線。

所述ITO納米導(dǎo)線的直徑為100～6000nm，長(zhǎng)度為0.01～20cm。多條納米線之間的間距為10～2000μm。