一種噴墨打印用墨水及制備方法以及由其打印的氧化鋯薄膜與流程

本發(fā)明屬于平板顯示領(lǐng)域，特別涉及一種噴墨打印用墨水及制備方法以及由其打印的氧化鋯薄膜。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的噴墨打印制備金屬氧化物薄膜的途徑主要有溶膠凝膠法(sol-gel)和納米粒子共混法。納米粒子共混法是將金屬氧化物的納米級的顆粒均勻分散在溶劑中，將溶液涂布在基底表面，加熱排除溶劑并高溫煅燒以制備氧化物薄膜；sol-gel法則是通過溶劑化作用和水解反應(yīng)，將金屬鹽溶解在溶劑中形成穩(wěn)定的溶膠，通過升溫排除溶劑，溶膠之間發(fā)生聚合，形成三維網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)，最終通過干燥、燒結(jié)固化出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。sol-gel法由于是將各組分在液相進(jìn)行混合，因此很容易達(dá)到分子水平的均勻性，且摻雜較易控制，因此在噴墨打印方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但在應(yīng)用于噴墨打印時有一個共同的問題就是咖啡環(huán)效應(yīng)?？Х拳h(huán)效應(yīng)是由于液滴在蒸發(fā)過程中，邊緣的蒸發(fā)速率大于中心的蒸發(fā)速率，導(dǎo)致邊緣溶質(zhì)密度大于中心溶質(zhì)密度，因此液滴內(nèi)部會產(chǎn)生從中心流向邊緣的毛細(xì)流，導(dǎo)致邊緣溶質(zhì)積累過多，最終固化后的薄膜便呈現(xiàn)出邊緣凸起中心凹陷的形貌。咖啡環(huán)效應(yīng)的存在嚴(yán)重影響了噴墨打印薄膜的表面平整度，限制了其在器件制備方面的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種噴墨打印用墨水的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述方法制備得到的噴墨打印用墨水。

本發(fā)明的又一目的在于提供所述噴墨打印用墨水的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種噴墨打印用墨水的制備方法，包括如下步驟：

(1)將氯氧化鋯溶解在混合溶劑中，得到混合溶液，其中，所述混合溶劑為乙二醇甲醚和乙二醇按體積比0.5～2：1配比得到的混合溶劑；

(2)往步驟(1)中得到的混合溶液中加入pvp(聚乙烯吡咯烷酮)，溶解、靜置老化，得到噴墨打印用墨水。

步驟(1)中所述的混合溶劑優(yōu)選為乙二醇甲醚和乙二醇按體積比1：1配比得到的混合溶劑。

步驟(1)中所述的氯氧化鋯的用量按氯氧化鋯在最終體系中的摩爾濃度為0.3～0.6mol/l計算，優(yōu)選為按0.5mol/l計算；所述的氯氧化鋯優(yōu)選為八水氧氯化鋯。

步驟(1)中所述的溶解優(yōu)選為采用磁力攪拌進(jìn)行溶解；更優(yōu)選為在指頭瓶中采用磁力攪拌進(jìn)行溶解。

所述的磁力攪拌的時間1～5h，優(yōu)選為2h。

所述的采用磁力攪拌所用的磁力轉(zhuǎn)子的清洗優(yōu)選通過如下方法實現(xiàn)：將待洗的磁力轉(zhuǎn)子依次放入裝有異丙醇、四氫呋喃、去離子水、異丙醇的容器中進(jìn)行清洗，干燥，得到潔凈的磁力轉(zhuǎn)子。

所述的容器優(yōu)選為玻璃容器，更優(yōu)選為燒杯。

所述的清洗優(yōu)選為采用超聲振動的方式進(jìn)行清洗。

所述的超聲振動的頻率優(yōu)選為53khz；時間優(yōu)選為5min。

所述的干燥優(yōu)選為放入烘箱中進(jìn)行干燥。

所述的去離子水進(jìn)行清洗的次數(shù)優(yōu)選為2次。

所述的指頭瓶的清洗優(yōu)選通過如下方法實現(xiàn)：將待洗的指頭瓶和瓶蓋沉入異丙醇中進(jìn)行超聲振動，再換去離子水進(jìn)行超聲振動，烘干，得到潔凈的指頭瓶。

所述的進(jìn)行超聲振動的頻率優(yōu)選為53khz；時間優(yōu)選為15min。

所述的烘干優(yōu)選為放入烘箱中進(jìn)行烘干。

步驟(2)中所述的pvp的添加量按所述混合溶劑質(zhì)量的1％～3％添加；優(yōu)選為按所述混合溶劑質(zhì)量的3％添加。

步驟(2)中所述的pvp優(yōu)選為聚乙烯吡咯烷酮k30(pvp-k30)。

步驟(2)中所述的溶解優(yōu)選為采用磁力攪拌進(jìn)行溶解。

所述的磁力攪拌的時間為5～12h，優(yōu)選為12h

步驟(2)中所述的溶液老化的時間為24～72h，優(yōu)選為24h。

一種噴墨打印用墨水，通過上述任一項所述的方法制備得到。

所述的噴墨打印用墨水在制備氧化鋯薄膜中的應(yīng)用。

一種氧化鋯薄膜，通過將上述噴墨打印用墨水噴墨打印而成。

所述的噴墨打印采用打印機(jī)進(jìn)行打?。粌?yōu)選為采用打印機(jī)dimatix2800進(jìn)行打印。

所述的打印機(jī)的襯底優(yōu)選為玻璃。

所述的打印機(jī)的基板的溫度優(yōu)選為50～60℃；墨滴速度優(yōu)選為10m/s；墨滴的間距優(yōu)選為30～40μm。

所述的打印機(jī)的噴頭不升溫。

所述的氧化鋯薄膜通過熱處理的方式除去聚合物(pvp)。

所述的熱處理的條件為將氧化鋯薄膜先在300～400℃退火1h，然后在500℃退火3h以上；優(yōu)選為先在350℃退火1h，然后在500℃退火3h。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

1、本發(fā)明涉及平板顯示領(lǐng)域中薄膜晶體管氧化鋯絕緣層的溶液法加工，通過在sol-gel溶液中引入聚合物來抑制噴墨打印中的咖啡環(huán)效應(yīng)，提高薄膜平整度。本發(fā)明是基于sol-gel法，在體系中引入了聚合物pvp，用以改善薄膜的表面形貌。pvp溶解在溶劑中時，其鏈間隙中充滿許多溶劑和溶質(zhì)，且其側(cè)基為內(nèi)酰胺基，是強(qiáng)極性基團(tuán)，容易與極性溶劑分子以及溶質(zhì)吸引乃至結(jié)合。由于聚合物在溶液中遷移阻力較大，因此受聚合物影響的溶劑和溶質(zhì)的遷移也會受阻，而且隨著溫度升高，溶劑減少，聚合物發(fā)生交聯(lián)，使得凝膠化更容易發(fā)生，進(jìn)一步限制了液相的流動，因此在這些因素的作用下，毛細(xì)流的作用被抑制，咖啡環(huán)效應(yīng)減弱。

2、本發(fā)明通過在sol-gel體系中引入聚合物，調(diào)節(jié)了溶液的粘度和分散性，使其更適用于打印。

3、本發(fā)明通過聚合物的空間位阻效應(yīng)及其與溶質(zhì)溶劑之間的作用，抑制了毛細(xì)流導(dǎo)致的溶質(zhì)遷移，減弱了咖啡環(huán)效應(yīng)。

4、本發(fā)明中由于聚合物的存在，其交聯(lián)使得體系更易發(fā)生凝膠化，限制了液相的流動，減弱了咖啡環(huán)效應(yīng)。

附圖說明

圖1是利用本發(fā)明中的噴墨打印用墨水進(jìn)行噴墨打印時的粘溫曲線圖。

圖2是利用本發(fā)明的墨水噴墨打印制備得到的薄膜的二維圖像。

圖3是利用本發(fā)明的墨水噴墨打印制備得到的薄膜的表面形貌圖。

圖4是用不添加pvp的墨水制備得到的薄膜的二維圖像。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

1.藥品及試劑準(zhǔn)備

溶液配制原料準(zhǔn)備：八水氧氯化鋯，分析純，含量≥99.0％，上海潤捷化學(xué)試劑有限公司；乙二醇甲醚，分析純，含量≥99.0％，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；聚乙烯吡咯烷酮(pvp)k30，上海伯奧生物科技有限公司；乙二醇，分析純，含量≥99.0％，上海潤捷化學(xué)試劑有限公司。

2.基底、容器清洗

指頭瓶清洗：將待洗的指頭瓶瓶蓋擰下，沉入裝有異丙醇的大燒杯中，瓶蓋也一并放入，要注意瓶中需被異丙醇完全充滿，不能存有氣泡，然后超聲(53khz)振動15min，再換去離子水同樣超聲(53khz)振動15min。應(yīng)注意使用鑷子轉(zhuǎn)移瓶子時應(yīng)避免鑷子接觸瓶子內(nèi)壁。清洗完畢后將瓶子放入烘箱內(nèi)烘干。

磁力轉(zhuǎn)子清洗：將待洗的磁力轉(zhuǎn)子依次放入裝有異丙醇、四氫呋喃、堿性洗滌液、去離子水、異丙醇的燒杯中進(jìn)行超聲(53khz)振蕩，每次清洗持續(xù)5min，其中去離子水的清洗需要兩次。清洗完畢后放入烘箱內(nèi)干燥。

3.溶液配制

在天平稱得6ml乙二醇甲醚和6ml乙二醇的混合溶劑的總質(zhì)量，然后稱取八水氧氯化鋯1.152g，溶解在混合溶劑中，將溶劑溶質(zhì)混合物轉(zhuǎn)移至指頭瓶中，并加入磁力轉(zhuǎn)子后進(jìn)行磁力攪拌2h，待氧氯化鋯充分溶解后，稱取溶劑總質(zhì)量的3％的pvp并溶解，磁力攪拌12h以上，使聚合物充分溶解。最后使溶液靜置老化24h。其中，氧氯化鋯的摩爾濃度為0.5mol/l。

4.噴墨打印制備薄膜

將上述所得溶液灌裝進(jìn)卡夾。實驗所用打印機(jī)為dimatix2800，所用襯底為玻璃。打印時打印機(jī)基板應(yīng)保持50～60℃，墨滴速度10m/s，噴頭不升溫，墨滴間距可取30～40μm；打印得到薄膜。

5.后處理

將上述打印得到的薄膜在350℃下退火1h，然后500℃退火3h。

6.薄膜形貌表征

實驗樣品二維圖像測試所用儀器型號為nikoneclipsee600pol，裝載dxm1200f數(shù)碼相機(jī)，表面形貌測試所用儀器為白光干涉測試儀，型號veccont9300，測量模式為psi，放大倍數(shù)為2.5倍。

(1)本發(fā)明通過在sol-gel體系中引入聚合物pvp，將其用于噴墨打印，其粘溫曲線如圖1所示，由于pvp交聯(lián)溫度為150℃，因此圖中120℃處粘度有突增趨勢，可以認(rèn)為凝膠化即將快速進(jìn)行。

(2)由于墨水的物理性質(zhì)較為適合打印，因此制得薄膜的圖形失真程度較小，打印制得薄膜尺寸為1.5mm×1.5mm，結(jié)果如圖2所示。

(3)由于聚合物對溶質(zhì)遷移的抑制，最終所得薄膜表面形貌較為平整，結(jié)果如圖3所示。可見，咖啡環(huán)效應(yīng)得到了明顯抑制，薄膜表面較為平整。相對于圖4中未添加pvp的墨水制備的薄膜(制備方法與本發(fā)明相同)，未添加pvp的薄膜的邊緣部分明顯高于中心部分。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。