印刷电子技术作为一种大面积、低成本的电子器件加工制造技术，解决了传统电子产品制造过程中的高污染、高消耗和生产工艺复杂等问题，引起了人们的广泛关注。近年来，喷墨印刷方式凭借无须制版、无污染、灵活、大面积等优势，结合新兴光电功能材料墨水在各种光电子器件制备中显示出了重要的应用价值。喷墨印刷电子技术应用过程中涉及了大量的基础科学问题，包括印刷材料、印刷工艺、印刷设备及器件应用性能等多个方面，其中喷墨印刷光电功能材料墨水的制备在实现高性能光电子器件加工过程中起着关键作用。因此，开发性能优越的光电功能材料墨水，对于喷墨印刷制备光电子器件具有重要研究与应用价值。本文针对喷墨印刷光电功能材料墨水种类及性能进行了分析与探究，并介绍了喷墨印刷技术在光电子器件制造加工中的应用，最后讨论了喷墨印刷技术在光电子器件制备中的挑战与机遇。
喷墨印刷光电功能材料墨水
喷墨印刷光电功能材料墨水一般是由功能填料、溶剂和分散剂组成。其中，功能填料决定了墨水在应用中的性能。如今，市场中喷墨印刷光电功能材料墨水的功能填料主要有两类：有机印刷电子材料和无机印刷电子材料。
1.有机印刷电子材料
按照材料的电学性能，有机印刷电子材料可以分为导体、半导体、电介质材料。
有机导电材料主要是指导电高分子。导电高分子除了具有导电性外，还保持了聚合物所特有的成膜性、透明性、黏着性等特点，能加工成各种所需的形状。而根据导电高分子材料的结构特征和导电机理，还可以分成复合型和结构性。复合型导电高分子是在本身不具有导电性的高分子材料中掺混入大量的导电物质来制备；结构型导电高分子主要通过化学、光化学或者电化学合成的方法制备，其导电性能与其化学结构和掺杂状态有直接关系。目前，在喷墨印刷电子领域应用的导电高分子材料很多，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯以及掺混了金、银、铜或炭黑的高分子等，但应用最为广泛的导电高分子材料是聚3，4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）。本征态的PEDOT导电性能很差，且不溶不熔，经过聚根阴离子（PSS）掺杂的PEDOT可以很好地分散在水溶液中，形成稳定的PEDOT∶PSS悬浮液。该悬浮液可以使用喷墨印刷的方法在塑料或玻璃基底上形成一种淡蓝色的PEDOT∶PSS透明导电薄膜。此种导电薄膜不仅易于加工，而且还具有电导率高、透光性好、耐热、绿色环保等优点，主要应用于有机发光二极管、有机太阳能电池、有机薄膜晶体管、超级电容器等电子传输层和电极。德国拜耳公司掌握着PEDOT∶PSS单体PEDOT的专利，并开发出了具有不同电导率的聚合物溶液产品。但PEDOT∶PSS还存在着一些缺陷，如纳米级薄膜电导率较低、高温下易分解等。因此，科研人员开始采用各种物理方法（如紫外线处理、工艺改进、热处理、电处理和共混掺杂等）对PEDOT∶PSS进行优化处理以提高该材料制成墨水的性能。
有機半导体材料按相对分子质量可以分为有机小分子化合物和高分子聚合物。有机小分子化合物主要有稠环类芳香化合物、含硫杂环化合物以及噻吩齐聚物等。这类有机小分子材料易于提纯，能够减少杂质对晶体完整性的破坏，从而达到喷墨墨水所要求的纯度；一定的平面结构大大降低了分子势垒，有利于载流子高速迁移；易于形成自组装多晶膜，能够降低晶格缺陷，提高有效重叠；较容易得到单晶，更是极大地提高了场效应迁移率。但是，有机小分子溶液黏度普遍较低，制备成的墨水不易于形成高质量的薄膜，且多数有机小分子半导体对环境较为敏感。高分子聚合物主要有含硫杂环化聚合物、含苯环聚合物以及梯形聚合物、非梯形聚合物等。高分子聚合物具有优异的机械性能。良好的柔韧性使其制备成的墨水易于在柔性衬底上构筑器件。其次是高分子聚合物制备的墨水具有良好的成膜性能。但是高分子聚合物还存在迁移率低、稳定性差的问题，需要进一步提高。半导体材料是电子器件的核心，有机半导体材料同样是有机印刷电子领域的主要研究对象。有机半导体材料的电导率、载流子迁移率和能带间隙等方面的性质和应用领域与传统的无机半导体材料相似。但是有机半导体材料又具有很多不同于无机半导体材料的新特点：①有机化合物种类繁多，分子结构可以通过分子设计来改变或剪裁，从而为有机半导体材料的选择提供丰富的资源；②可以选择完全不同于无机器件的加工方法，如分子自组装、成膜技术等，制备工艺简单，成本低；③基于有机半导体材料的器件与柔性衬底相兼容，有利于大面积的喷墨印刷制备。有机半导体材料的这些独特性质使其在有机发光二极管、有机太阳能电池及有机薄膜晶体管等领域得到了广发的应用与研究。
电介质材料包括有机介电材料和有机传感材料。目前应用较广的介电材料主要有聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯等。它们具有很多优点：材料种类丰富；表面粗糙度低；表面陷阱密度低；杂质密度低；与有机半导体及柔性衬底有良好的相容性；能应用于低成本的印刷电子工艺。这些优点使有机介电材料在印刷电子领域中显示出极大的潜力。常用的有机传感材料除共轭聚合物外，还有聚苯撑乙烯、聚对苯撑以及聚苯撑乙炔等
