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印刷电子技术产业化前景分析

日期:2014-06-17

  印刷电子是一项非常贴近应用的新兴技术。研究开发印刷电子技术的最终目的是要实现印刷制造大面积、柔性化且低成本的各种电子或光电产品。国外近年来对印刷电子的高度重视,主要源于看到了这一技术向实用化与市场化发展的前景。因此,工业界对印刷电子的兴趣胜于科技界。印刷电子能否实现产业化?这个问题如果几年前提出来,有可能怀疑多于肯定。因为有机电子技术历经20 余年的研究,在向印刷电子转化方面并不成功,印刷制备的有机电子器件不如用真空蒸发制备的有机电子器件。为印刷电子产业化带来希望的是无机纳米材料。无机纳米材料的合成技术已经相当成熟,而且材料供应来源充足。许多无机纳米材料,如碳纳米管、石墨烯、纳米银等,都具有比现有的有机电子材料好得多的电子学性能。将无机纳米材料做墨水化处理的技术要比探索合成新型高性能有机电子材料相对容易得多。而且这些无机纳米材料具有良好的环境稳定性。当然,上述无机纳米材料的优秀电学性能仅体现在单体材料中,即单根碳纳米管或单片石墨烯。一旦制备成可印刷的墨水,印刷后的纳米材料的电学性能将大大下降。如何在印刷后仍能保持纳米材料原有的电学性能或电学性能下降不多,成为印刷电子学研究的聚焦点之一。


  印刷电子产业化的前景在哪里?要回答这个问题,首先要明确印刷电子可以产业化的领域有哪些。凡是能够用印刷方法取代传统电子学制造方法的领域都可以归入印刷电子的范畴。所谓传统电子学制造方法即目前硅基微电子集成电路的制造方法,包括光刻与刻蚀等一系列微纳加工技术。印刷方法带来的不仅仅是终端产品的大面积、柔性化与低成本特征,而且包括制造方法本身的绿色环保特征。由此可见,印刷电子可以产业化的领域是相当广泛的。最直接的应用实例是用印刷取代印刷电路板(PCB)的制造工艺。目前制作印刷电路板的工艺实际上并不是印刷,而是在镀铜树脂版上通过光刻和腐蚀形成电路图案。大量有毒腐蚀废液的处理成为环保的难题。用印刷直接形成电路图案,既可避免使用腐蚀工艺,实现绿色环保,又可节约大量铜材。纳米银和纳米铜使直接印刷导电图案成为可能。最近,苏州纳格光电科技有限公司根据市场对触摸屏的大量需求,成功开发出印刷纳米银的柔性透明导电膜技术。该技术可取代目前高成本、高能耗、高污染的ITO 透明导电膜制备技术,是印刷电子产业化的又一个实例。北京中科纳新印刷技术有限公司也开发出卷对卷柔印纳米银制作RFID 天线的新技术,其成本可与目前用高污染腐蚀技术制作的RFID 天线相竞争。美国俄勒冈大学科研人员成功采用喷墨打印制备出铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池,与原有制备方法相比可节省材料90%。以上这些例子说明,印刷电子的产业化前景是非常光明的,关键是找到合适的切入点,既能体现出印刷制备方法的优越性,又有实实在在的市场需求。从长远来看,印刷电子还可以创造出新的市场,因为印刷电子产品的大面积、柔性化包括透明化等新颖特性有可能培育出新的消费需求。苹果公司iPhone 的成功就是最好的例证。中国是全球最大的消费类电子产品的生产国,也是消费类电子产品最大的市场,中国同时又是世界印刷大国。中国没有理由不大力发展印刷电子产业。


  未来几年,全球印刷电子产业将有可能进入高速成长期。这将是我国突破硅基微电子产业的“ 低端锁定”,走向电子强国的难得机会。作为全球最大的电子产品的生产国与消费国,我国也极有可能成为未来全球印刷电子产品最大的市场。我们不能坐等国外将技术开发成熟后大举占领我国市场,而应当积极行动起来,提前布局,全面推动我国印刷电子技术与产业的发展。
 

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