电子油墨：印刷电子技术的关键核心

活字印刷术作为中国四大发明之一可以说是声名远播。那么，将传统印刷与现代电子相结合又会出现怎样的效果？

20世纪70年代，随着以低成本制造为最终目的的有机电子学的发展，以及2000年之后全球性纳米技术研究热潮的掀起，印刷电子逐渐形成了独立的学科与技术领域。

相对于主流电子元器件和产品在制造过程中存在工艺复杂、原材料损耗严重、设备投资过大和存在重污染等问题，印刷电子工艺技术除了具有生产工艺简单、原材料损耗较低等特点，还可以实现大面积、轻质、柔软化、低成本生产。

不仅如此，作为常温印刷工艺，印刷电子能够显著降低热能耗，有利于选择耐热性差、低成本的塑料薄膜、纸张与纤维布料等柔性材料作为基底。作为绿色制造技术，它又能够消除多数基于化学蚀刻工艺带来的废液排放等问题，通过采用具有良好降解性的有机功能材料与基材，从根源上彻底解决电子产品带来的环境污染问题。因此，印刷电子技术已经被各个国家和地区视为“未来电子产业发展的革命性解决方案”。

印刷油墨是印刷电子技术中最为关键的技术要点。印刷油墨一般是具有导电性的功能性油墨。导电油墨分为采用导电高分子聚合物的本征导电油墨和采用导电粒子的掺杂型导电油墨。掺杂型导电油墨的组成成分包括具有导电功能的导电填料、连接成膜作用的粘接剂和改变性状的溶剂及助剂。其中的导电填料可以根据最终产品需求采用多种具有不同导电能力和特性的微粒，例如金属导电微粒、碳系材料微粒、金属氧化物微粒等等。这些微粒的加工成型往往涉及到纳米技术研发，例如我们主要采用的金属导电浆料，采用纳米银包铜微粒作为导电填料，是采用多种纳米材料制备手段加工而成。

此外，印刷电子墨料是柔性可穿戴电子器件的核心技术领域。作为一种新兴电子技术，柔性可穿戴电子技术突破了传统硅基电子制造的技术垄断，实现了在柔性的基板材料上制备功能器件。它创新性地采用传统印刷技术制造各种器件，凭借独特的柔性、可延展性，以及高效、低成本的制造技术工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域拥有了广泛的应用前景。

近几年，柔性电子器件的市场规模和拓展领域快速发展，据施乐帕克研究中心的市场分析报告显示，2016年年底，柔性电子的市场规模已达到450亿美元，其中作为关键材料，具有光学、电学等特殊功能的电子墨料自然功不可没。为了柔性可穿戴电子器件的进一步优化，开发新型复合柔性印刷电子墨料被视作重中之重。

目前，现有印刷电子导电墨料主要以银、铜、镍以及石墨粉末主导市场。所有金属中，银具有最佳的导电性和耐氧化性，在市场上也占有主导地位，达到了上亿元的市场份额。但是，银的价格昂贵，而且存在电迁移等安全隐患，在一定程度上限制了这种导电墨料的使用。为了降低成本并提高使用安全性，日本、欧盟等部分国家较早地开展了低价导电墨料的研究，希望通过降低成本从而尽快推广印刷电子的商业化应用。

我国科研人员正在积极投入到新型复合纳米墨料的研发工作中，目的是消除可穿戴设备的安全隐患，发现耐高温、安全性能高的印刷导电材料替代品。他们瞄准离子液体电解质墨料和银包覆贱金属纳米颗粒导电墨料，依托哈尔滨工业大学深圳校区，凭借制备柔性检测芯片、柔性储能器件技术和实践经验，开展有源检测芯片（包括安全可穿戴柔性储能器件和安全柔性检测芯片）的制备，并进一步将新材料应用到器件中进行安全性与可行性的原理验证。

当前电子行业领域，除了微电子芯片类产品等要求精度过高，印刷方法尚不能满足产品线宽要求之外，很多方向都可以开拓为柔性印刷的用武之地。例如柔性显示屏中的触摸导电薄膜、射频识别标签中的天线产品、柔性电路板中的电路产品、电磁干扰屏蔽膜产品等等。即原先采用金属薄膜或其他导电类材料制备的二维结构产品，均可采用印刷电子技术来进行产品升级和替代。

我国已成功开发研制了基于柔性印刷电子技术的低成本、抗氧化、高安全性纳米导电墨料，该导电墨料相比目前工业领域常用的银系导电浆料，采用价格较低的铜材料部分代替银材料，可以在基本保持导电性能的基础上极大地降低原料成本；相比简单使用铜纳米颗粒制备导电墨料，采用覆银层进行抗氧化处理，有效提高浆料的耐候性和使用寿命；采用银铜包覆结构，可以有效降低银墨料在电极处出现的电迁移现象，增强器件的使用安全性。墨料制备过程绿色环保，不使用对环境和人体有毒副作用的化学物质。

（作者系哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院教授）