有機半導體材料技術發(fā)展有機半導體材料技術發(fā)展
網(wǎng)版印刷領域正在面臨著巨大的挑戰(zhàn)，網(wǎng)版印刷工業(yè)體系正經(jīng)歷著前所未
有的變革。筆者寫了很多網(wǎng)版印刷技術在新領域的生命力和發(fā)展?jié)摿Φ奈恼?同時也在傳達一些其他的工業(yè)技術領域普遍的發(fā)展規(guī)律。這個發(fā)展規(guī)律是需要大家尊重的,單一的技術游戲已經(jīng)結束,在接下來的發(fā)展模式中,需要打開網(wǎng)版印刷行業(yè)的邊界,在上下游同時展開探索,結合原本擁有的優(yōu)勢,走出印刷工藝,構筑完整的價值鏈，展現(xiàn)未來產(chǎn)業(yè)的圖景。
做事業(yè)是做有限的游戲還是無限的游戲,這是一個問題,有限的游戲就是在行業(yè)內(nèi)完成騰挪,無限的游戲就是所有對事業(yè)相關的因素需要全部考慮在內(nèi),相關科技行業(yè)的進展和網(wǎng)版印刷毫無關系或者關聯(lián)不大,那只是以前,現(xiàn)在做事業(yè)的機會往往出現(xiàn)在邊緣。每一個不同的視角都孕育著新的機會。
網(wǎng)版印刷行業(yè)實際上是面向應用端的技術工程體系,有能力走出自己的邊界,將這樣的一個行業(yè)編入到更多的高技術行業(yè)中去,是一條很有前景的道路。科技是無限擴展的,和科技行業(yè)走在一起,網(wǎng)版印刷的應用就是無限擴展的。技術的可能性是一種生態(tài)體系,但是最初沒有人去推動,這些生態(tài)體系就建立不起來。所有偉大的事業(yè)和落地的技術現(xiàn)實都是人在推動。
經(jīng)過仔細分析,我們就能夠發(fā)現(xiàn),有幾種未來能夠引起產(chǎn)業(yè)革命的基礎材料技術跟網(wǎng)版印刷技術具有連接關系。其中已經(jīng)具有全局產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的基礎材料是有機半導體,以及先進碳系結構新材料。
網(wǎng)版印刷技術和電子技術之間的“糾纏”是很深的,先進電子材料技術的進展,使得全球電子印刷市場將迎來新的春天。有機半導體的加工工藝能夠在室溫下進行,這對于網(wǎng)版印刷工藝而言，是一個很好的機遇。
其實,網(wǎng)版印刷行業(yè)對于有機半導體材料并不陌生，數(shù)年之前,《絲網(wǎng)印刷》雜志就做過這樣的主題。技術發(fā)展有著自己的規(guī)律,不同技術種類之間的都需要發(fā)展到可以交接的復雜性的時候,才會產(chǎn)生技術體系之間的融合。而基于網(wǎng)絡的知識管理體系的建立，對于產(chǎn)業(yè)應用端來說,已經(jīng)能夠覺察到上游的技術系統(tǒng)和基礎科研成果開始逐步成熟,下游面向消費端的應用體系也已經(jīng)近在眼前。網(wǎng)版印刷行業(yè)需要向這些未來的新興領域進軍，占據(jù)一席之地。
有機電子學是一個比較新的學科,也是全球基礎材料研發(fā)的重點。當年,三位科學家在有機物聚乙炔的材料中摻入碘,從而發(fā)現(xiàn)了導電聚合物,對于這種革命性的發(fā)現(xiàn),在當時并沒有造成多大的轟動,但是這種技術的可能性和市場前景是巨大的。有機物作為半導體的潛力引起了科學家的廣泛關注,可以說是實現(xiàn)產(chǎn)品萬物智能的基礎技術,于是產(chǎn)生了一個新的分支有機電子學。有機物作為半導體甚至是導體制備電子器件和電子電路,來代替以部分硅為主的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品,利用有機物可以大規(guī)模低成本合成的優(yōu)勢,實現(xiàn)電子智能產(chǎn)品的大批量制造,作為工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)技術的應用技術。顯然,這種制造工藝是不能缺少網(wǎng)版印刷工藝參與的,在目前全球實驗室中,有機半導體材料產(chǎn)品的實驗和成型,主要使用的技術工藝就是網(wǎng)版印刷技術和數(shù)字噴墨技術。其中,網(wǎng)版印刷對于油墨形態(tài)的技術要求比較低,寬容度比噴墨技術有優(yōu)勢,所以才占據(jù)優(yōu)勢地位。預計未來會有大量的資本進入該領域。
2000年，黑格爾等最初的發(fā)現(xiàn)者因導電聚合物獲得諾貝爾獎。在這之后,有關塑料半導體材料的實用性研發(fā)一直就是熱門。有機半導體相對于硅等半導體,成本低廉，具有價格優(yōu)勢,可以并入到精細化工行業(yè),即一些精細化學品的合成,這和硅工業(yè)是不同的技術路徑,規(guī)模比較小的企業(yè)也可以參與到新材料的生產(chǎn)中來,而提供硅晶體,則需要大量投資和高精密制造工藝。硅晶是固體,遵循固體制造的所有工藝，有機半導體則可以做成是油墾和墨水狀態(tài)，制造工藝的自由度比較好,有機物可以采用全洛液法印刷制備大面積電路,使得工藝成本進一步降低。有機物超輕的重量和先天的可彎折性、可伸縮性使得柔性電子器件得以實現(xiàn)，對于未來可穿戴的以及便攜式的電子產(chǎn)品至關重要。在全球實驗室中,有機導電聚合物的研發(fā)人才受到爭搶,大企業(yè)期望能夠在這樣的領域獲得突破。美國斯坦福大學和麻省理工學院在這個領域聚集了全球頂級人才的研發(fā)團隊，中國大學和科研單位也在加大力度，做基礎高性能半導體材料的研發(fā)。其中中科院上海有機化學研究所李洪祥課題組在p-型和n一型高性能有機半導體材料方面取得了一系列進展。
在行業(yè)之外的人看有機半導體，實際上就是—種新型的塑料,它具有半導體的功能,能夠被用來在平面領域印制我們需要的電子線路和功能性電子產(chǎn)品。傳統(tǒng)的半導體我們知道有鍺、硅、錫以及由其附近元素組成的諸如砷化銨、銻化錮等很多種化合物,這些都是無機物,人們很難想象一個有機物也可以作為半導體,因為在人們的印象中，塑料只能是很好的絕緣體。有機半導體種類很多,性能也參差不齊,對于應用端來說,選擇比較成熟的技術材料就可以了。
對于網(wǎng)版印刷行業(yè)和數(shù)字印劇行業(yè)而言,不需要對于基礎材料理解精透,包括精密的合成工藝，知曉也就可以了。事實上,現(xiàn)在專業(yè)之間的知識可以融合,但是知識的專業(yè)性已經(jīng)越來越精細了,成熟技術的結合是面向應用端的技術工程原則。所以,我們在使用這一技術體系的時候,盡可能使用已經(jīng)經(jīng)過實踐檢驗的材料進行應用產(chǎn)品的研發(fā)。
對于柔性基材上廉價的電子線路印制,網(wǎng)版印刷業(yè)者其實是不陌生的,銀漿和碳漿這種印刷油墨現(xiàn)在已經(jīng)普遍使用了。目前全球電子工業(yè)的中的一個熱點就是,不僅電子線路需要用印刷工藝做出來,在電路中的晶體管元件,也需要用印刷工藝做出來,這其實就是我們在這篇文章中談到的應用體系。
這種能夠直接采用多種印刷工藝組合進行生產(chǎn)制造的有機晶體管組件,能夠生產(chǎn)出廉價實用的電子產(chǎn)品。有機晶體管由于質(zhì)量輕、可大面積制備和可應用于柔性基底的特點,在柔性顯示、電子標簽、傳感器等方面具有重要應用。未來的智能機器人、人工智能技術產(chǎn)品需要大量的高性能的電子器件,而高性能有機半導體材料是有機晶體管的核心組成部分,是有機晶體管應用的基礎。大量的電子產(chǎn)品運用全印刷工藝進行復制則是一個趨勢,這對于網(wǎng)版印刷行業(yè)來說是一個巨大的機遇。
雖然在短期技術展望來看,有機半導體材料在性能上還無法和硅等無機半導體材料媲美,但是應用價值可以體現(xiàn)在不同的領域。和無機半導體相比,有機半導體有自己的技術優(yōu)勢,我們站在應用端,不需要去比較誰優(yōu)誰劣的問題。而是運用在不同的領域,制造出相應的產(chǎn)品。
目前,全有機半導體技術研發(fā)正在展開競賽,從專利申請數(shù)量上看,全球范圍內(nèi)高分子材料的專利申請總量為370件,這些基本上都是基于基礎材料的創(chuàng)新,其中,小分子有機半導體材料自2003年提交第一件專利申請以來逐步發(fā)展，2011年至2013年出現(xiàn)了較大幅度的增長。在2010年之前,高分子材料的專利申請數(shù)量較少,但在2010年出現(xiàn)了爆發(fā)式增長。2010年至2013年,高分子材料的專利申請量占近年來申請總量的87%。利用化學合成方法可以制備紛繁復雜的有機半導體,并根據(jù)日臻成熟的分子設計來調(diào)控和得到相應性質(zhì)的有機半導體,使得材料種類達到那么,網(wǎng)版印刷業(yè)者和技術研發(fā)者能夠在有機半導體領域有什么作為呢?在面向2030的技術未來預測中,電子隱形眼鏡是能夠直接做到增強現(xiàn)實的。這樣的技術未來,正在依賴于有機物半導體的透明性可以用來制備全透明器件，可以實現(xiàn)窗基電子產(chǎn)品。而這些在未來成為主流產(chǎn)品的商品,到現(xiàn)在并沒有被制造出來,這里的技術布局,網(wǎng)版印刷行業(yè)的領先企業(yè)完全可以進行深人研發(fā),去面向未來進行應用創(chuàng)新。作為業(yè)者,需要面向科技未來打開自己封閉的眼界,將網(wǎng)版印刷工藝應用到更多的未來先進制造行業(yè)里面去。
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