[发明专利]用于微接触印刷的油墨溶液

说明书

技术领域

本发明涉及可用于例如微接触印刷自组装单层的油墨溶液。另一方面，本发明涉及微接触印刷的方法。

背景技术

微接触印刷是一种可用于例如生成功能化分子(即，通过化学键附着于基底表面或经涂布的基底表面的分子)的图案，从而形成图案化的自组装单层(SAM)(即，通过例如化学键附着于表面且相对于该表面甚至彼此之间采取择优定向的单层分子)的印刷技术。

微接触印刷SAM的基本方法涉及对凸纹图案的弹性体印模(例如聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)印模)施加含功能化分子的油墨，然后使着墨的印模接触基底表面(通常是金属或金属氧化物表面)，从而在印模与基底之间接触的区域内形成SAM。通常情况下，对包含溶于溶剂的功能化分子的油墨来说，在印刷性能与实际实施方式的某些方面存在着取舍问题，这种问题推动了对于分子的浓度选择。在一些情况下，可取的是使用可能的最高油墨浓度，因为使用较高的油墨浓度可以缩短印刷时间，但使用这种高浓度造成了与油墨稳定性有关的实际麻烦。在过去，高浓度的稳定油墨制剂需要使用不利地溶胀PDMS印模的溶剂(例如己烷)。

微接触印刷SAM中最常用的油墨是烷基硫醇的乙醇溶液。然而遗憾的是，烷基硫醇在乙醇中的溶解度和稳定性相对较低。因此，包含在乙醇中的烷基硫醇的油墨通常含有相对较低浓度的烷基硫醇。

发明内容

鉴于上述情况，我们认识到，在本领域中需要烷基硫醇浓度增加的烷基硫醇油墨。我们进一步认识到，油墨必须与PDMS相容，因为PDMS是微接触印刷印模最常用的材料。此外我们认识到，油墨还必须具有适合于商业应用的有效保存期限。我们还认识到，为了有助于往印模上或印模里施加烷基硫醇分子并使之均匀分布，有利的是油墨中所含的溶剂可表现为具有优选范围内的蒸气压，这可以由沸点范围所体现。

简言之，一方面，本发明提供包含一种或多种溶解的有机硫化合物和溶剂的油墨溶液，该溶剂(i)沸点在约50℃至约100℃之间，(ii)相对极性小于约0.4，且(iii)聚(二甲基硅氧烷)溶胀比小于约1.25。每种有机硫化合物具有10个或更多的碳原子，且有机硫化合物以至少约3mM的总浓度存在。该油墨溶液基本上不含有机硫化合物的固体颗粒或衍生自有机硫化合物的固体颗粒。优选每种有机硫化合物是硫醇化合物。更优选每种均是烷基硫醇。

本发明的油墨溶液满足本领域中关于烷基硫醇浓度增加的烷基硫醇油墨的要求。其有机硫化合物(例如烷基硫醇)的浓度增加可以使微接触印刷能够以较高的速度进行，因此使印刷成本减少。此外，它们与PDMS相容，并且具有有效的保存期限。

另一方面，本发明提供使用本发明的油墨溶液的微接触印刷方法。该方法包括(a)用本发明的油墨溶液对弹性体印模进行涂墨，以及(b)使印模的着墨表面与基底表面相接触。印模的着墨表面包括第一凸纹图案，或者基底的表面包括第二凸纹图案，或者两个表面均包括凸纹图案。根据一种或两种所述的凸纹图案把有机硫化合物的图案转印至基底。

具体实施方式

本发明的油墨溶液包含一种或多种有机硫化合物。每种有机硫化合物优选为硫醇化合物；更优选为形成SAM的硫醇化合物。硫醇是包含-SH官能团的化合物。硫醇也可以称为巯基醇(mercaptan)。硫醇基可用于在化合物的分子与金属表面之间建立化学键。本发明可用的硫醇包括烷基硫醇和芳基硫醇。本发明其它可用的有机硫化合物有二烷基二硫化物、二烷基硫醚、烷基黄原酸酯、二硫代磷酸酯和二烷基硫代氨基甲酸酯。本文中所述的对于硫醇可用的化学结构和取代基同样适用于其它可用的有机硫化合物。

优选油墨溶液包含烷基硫醇，例如直链烷基硫醇：

HS(CH₂)_nX

其中n是亚甲基单元数，X是烷基链的端基(例如X＝-CH₃，-OH，-COOH，-NH₂等)。优选X＝-CH₃。对于可用的直链烷基硫醇来说，就端基的化学种类而言，本发明并不受限制。可用的端基包括例如以下所述的那些：(1)Ulman，“Formation and Structure ofSelf-Assembled Monolayers，”Chemical Reviews第96卷，第1533-1554页(1996)；和(2)Love等人“Self-Assembled Monolayers of Thiolates onMetals as a Form of Nanotechnology，”Chemical Reviews第105页，第1103-1169页(2005)。