[发明专利]基于墨滴自发去浸润制备高分辨率图案的方法

说明书

技术领域

本发明属于喷墨打印技术领域，涉及高分辨率图案的制备方法，尤其涉及基于墨滴自发去浸润制备高分辨率图案的方法。

背景技术

近年来，高分辨率图案在高性能微半导体、电子器件、生物系统的制备方面得到了广泛的关注。喷墨打印技术由于其可以实现复杂、精密图案的大面积直接书写，且因图案设计方便、操作成本低廉等优势成为最有前景的图案化制备方法之一。然而，由于现有普通喷墨打印机喷孔直径的限制，使用普通喷墨打印机所打印图案的分辨率只有20～30μm，极大的限制了喷墨打印技术在高性能微器件的制备方面的应用。

目前关于提高喷墨打印图案分辨率的方法主要包括以下三个方面：第一，改进喷墨设备，通过减小喷孔直径或改进喷射原理提高分辨率。伊利诺斯大学厄巴纳分校的Rogers课题组(Nat.Mater.，2007，6，782)发展了一种电动力学喷墨打印原理，他们通过使用含有荷电的墨水，并且采用300nm孔径的喷头获得了240nm点径的分辨率。意大利CNR学院的Ferraro课题组(Nature Nanotechnology，2010，5，429)开发了一种焦电喷射技术，他们将墨滴放置在焦电材料之下，通过施加红外线激光或点热源使墨滴的上方产生电场，由此诱导墨滴喷射出直径更小的子墨滴，使用该方法可得到直径为300nm的分辨率。第二，改变基材，借助基材的物理和/或化学限域作用，限制喷墨液滴的铺展而提高分辨率。剑桥大学的Sirringhau课题组(Nat.Mater.，2004，3，171)通过刻蚀的方法在亲水基材上获得窄的疏水图案，借助物理和化学限域作用诱导墨滴在疏水区去浸润，得到与疏水图案相当窄宽度的缺口。第三，调整墨水组成。荷兰艾恩德霍温科技大学的Schubert课题组(J.Mater.Chem.，2007，17，677)选择了一种特殊的稳定相分离材料，通过加热使墨滴瞬间固化，限制了墨滴在基材上的铺展，提高分辨率，该课题组(Adv.Mater.2008，20，343)还开发了一种热基材打印技术，通过加速喷墨液滴的固化阻止其进一步铺展，从而提高分辨率。上述改进喷头和喷射原理虽然可以较大幅度提高分辨率，但是喷墨设备或喷射原理复杂，费用昂贵，普适性不强；而基材处理提高分辨率通常需要掩膜和精密的刻蚀，过程繁琐，成本较高；调整墨水组成来改进分辨率过程简单，但可选择的材料相对较少，且已报道的提高分辨率的幅度尚小。

通常情况下，当墨滴被喷射至基材上时，液滴发生铺展。由于“咖啡环”效应，蒸发过程中墨滴的三相接触线会固定在基材上，墨滴中所含的粒子或溶质会沿着三相接触线沉积，导致墨滴内部的粒子或溶质沉积不均匀且墨滴最终沉积的点径较大，分辨率下降。

发明内容

本发明的目的是利用喷墨打印技术，提供一种基于墨滴自发去浸润制备高分辨率图案的方法。

本发明的基于墨滴自发去浸润制备高分辨率图案的方法为：将无机纳米粒子、金属纳米粒子、有机纳米粒子或聚合物均匀分散于合适的分散剂中获得适用于喷墨打印设备的具有高度去浸润性的墨水(可进一步进行机械搅拌或超声分散)，所述的具有高度去浸润性的墨水中的固含量为0.0000001～70wt％；然后将得到的具有高度去浸润性的墨水装于普通喷墨打印设备的墨盒中，按照常规的喷墨打印方法，通过喷墨打印设备将该墨水喷射至具有高度去浸润性的基材上，使墨滴中的分散剂蒸发。墨滴中的分散剂在蒸发过程中墨滴自发进行去浸润，导致墨滴在基材上的体积发生收缩，沉积面积减小，墨滴中的分散剂蒸发完毕后，最终收缩成一个微小的点，从而实现高分辨率图案的制备，得到的图案的分辨率的最小点径可达2nm。

本发明的方法得到的喷墨打印图案的分辨率的最小点径范围为2nm～30μm。

所述的无机纳米粒子、金属纳米粒子和有机纳米粒子的粒径都为2～1500nm。

所述的无机纳米粒子选自亲水性二氧化硅纳米粒子、疏水性二氧化硅纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、硒化镉纳米粒子、硫化铅纳米粒子、碲化镉纳米粒子、磷化铟纳米粒子、四氧化三铁纳米粒子和氧化锌纳米粒子中的一种或几种。

所述的金属纳米粒子选自金纳米粒子、银纳米粒子和铜纳米粒子中的一种。

所述的有机纳米粒子选自市售的聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒子、聚氨酯纳米粒子、硫酸基聚苯乙烯纳米粒子、羧酸基聚苯乙烯纳米粒子和氨基聚苯乙烯纳米粒子中的一种或几种。

所述的聚合物优选为聚乙二醇、聚乙烯醇、酚醛聚合物、聚氨酯、聚丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸嵌段共聚物、聚2-乙烯基吡啶、苯乙烯-2-乙烯基吡啶嵌段共聚物或聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-亚苯基乙撑)。