打印/印刷纳米颗粒组装制备功能芯片

通过纳米颗粒组装制备功能性图案化器件在高性能光学/电气设备检测、电子、显示器、和催化等新型研究领域引起广泛的关注。受益于打印印刷技术的便捷、底成本、高通量以及高效地增材制造工艺等优势,打印印刷纳米颗粒组装成为目前极具前景的功能微芯片制备方法。然而打印印刷过程中,墨滴在不同基材上的可控图案化涉及众多科学难题,如液滴在固体表面干燥过程中的咖啡环效应(Coffee ring effect)、马兰格尼效应(Marangoni effect)与液滴融合过程中的瑞利不稳定性(Rayleigh instability),都极大影响了打印印刷技术的精度和适用性。

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近日,中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室宋延林,李风煜等研究员全面系统地总结和评述了近年来纳米颗粒组装图案化的方法与研究进展,以及不同打印印刷技术的适用性,包括喷墨打印、平板印刷、压印、3D打印等扩展的印刷技术。对不同基底上打印印刷墨滴的浸润过程与机理进行深入探讨和总结。阐述了通过操纵液滴气-固-液三相接触线固定或滑动,墨滴中的纳米颗粒延三相线可控的组装,从而制备出具有新功能的芯片及相关集成器件。分析了目前材料表面浸润性的精细调控、液滴动态浸润性的调控与图案化及液滴内溶质或微粒的可控自组装等关键科学技术问题,展望了打印印刷纳米颗粒组装在未来新兴功能性器件制备与加工的未来,特别强调了液滴三相线动态控制纳米颗粒三维组装的原理,为未来基于打印印刷技术与纳米颗粒材料组装控制制备高性能、超集成、多功能芯片或器件提供新的思路与理论依据。相关研究成果在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201503339)上。

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