印刷與電子相結合將成為未來印刷技術的主流

如今，隨著科學技術的不斷發展，一張很輕薄的紙也能變成觸摸屏！假如家中某處電路斷了，不求電工，自己用筆“畫”一下，就能完成接駁……這些聽著比較科幻的應用目前幾近走進現實，而且它們都與印刷電子技術息息相關。
印刷電子技術非常新、非常熱——與其有關的論文2005年后才開始出現，并在過去幾年內迅速增加，國際有機與印刷電子協會組織還在去年發布了最新版“路線圖”。印刷電子技術預示著變革性發展，包括傳統印刷、印制電路版、光伏、顯示、物聯網在內的相關產業，將隨著此技術的開發駛入轉型升級的快車道。
前不久，國內相關領域的頂尖專家齊聚“西苑沙龍”，在這場高端討論中記者得知，我國的研究并不過分落后于國外，我們有著自己的未來。
印刷與電子的結合?
“印刷制造本質上與3d打印一樣，是一種增材制造。”中國科學院半導體研究所專家說，印刷電子就是將印刷制造方法應用于電子器件的制造，是繼硅基集成電路微電子技術之后電子學領域的一個新的發展方向。
“印刷電子可以簡單理解為印刷與電子的結合。”中科院蘇州納米所專家介紹，將印刷方法成功應用于電子制造涉及5個主要技術領域：基底材料、可印刷電子材料、印刷方法、印前與印后處理工藝、系統設計，其中可印刷電子材料是整個印刷電子技術賴以存在的基礎。
由于低能耗、低材料消耗、無腐蝕工藝，印刷制造技術的特征就是綠色環保。與硅基微電子器件不同的是，印刷加工的電子學器件與基底材料無關，可以在各種基材上制備電子器件，包括各種柔性基底材料，而且印刷電子制造投資低，因為所需要的設備與傳統印刷設備基本相同，大大低于硅基微電子器件加工所需要的設備，另外，與傳統印刷有相同特征的是，印刷電子制造可以實現大面積批量化制造，尤其是卷對卷連續生產制造，可以大大降低制造成本。
但印刷電子技術也不是完美無缺。首先其不具備傳統硅基微電子制造技術的高精度與高密度，而且可印刷的電子材料的性能也要比傳統硅基微電子所依賴的晶體材料差。另外，就性能而言，印刷電子不如硅基微電子，但印刷電子器件與產品的大面積、柔性化與低成本是硅基微電子所不具備的。
2013年，市面上相繼出現了可彎曲手機、透明手機與電視、大尺寸弧形屏電視、柔軟如紙的顯示屏、半透明薄膜太陽能電池、全印刷的電子標簽、谷歌眼鏡與智能手表等，這些都表明新一代柔性化與個性化電子時代已經到來。在國外的一些電子行業領域，印刷也已經部分取代或全部取代這些行業領域中傳統需要光刻與刻蝕制造的加工技術。但印刷電子技術與傳統制造技術不是互相取代，而是互相補充。
世界產業的焦點
“國外最近幾年在印刷電子領域呈爆發增長之勢，在去年11月召開的printed electronics usa會議上有2200多人出席會議，參展公司有160余家，這正說明國際上看好印刷電子的未來發展趨勢與市場潛力。”有關專家說。但將印刷作為一種電子制造技術只是在最近10年中開始受到關注并蓬勃發展。
盡管有機電子從上世紀80年代開始研究，但與印刷電子有關的研究論文從2005年以后才開始出現，并在過去幾年迅速增加。其中一個重要原因是無機納米材料開始應用于印刷電子——這種材料具有遠遠高于有機電子材料的電荷遷移率。
無機納米材料的另一個優點是環境穩定，不受空氣中水氧的影響，電子器件可以在自然環境下印刷制備。只要將無機納米材料(納米粒子、納米線、納米管等)制成墨水或油墨，就可以用傳統印刷方式制成各種結構。納米材料本身的性質賦予了這些結構以電荷傳輸、光電轉換，傳感、發光與顯示等特性，從而形成各種新型半導體器件、光電與光伏器件、顯示器件與傳感器件，大大增強了印刷制備電子器件的實用性，拉近了印刷電子與市場的距離。
國外對有機、柔性與印刷電子技術的發展一直非常關注，主要工業發達國家在政府層面已經推行了多項研究計劃，包括建立國家層面的研發中心。
英國在2009年投資2千萬英鎊建立國家印刷電子中心并啟動國家印刷電子發展計劃，相繼建立6個與印刷電子塑料電子相關的研究中心與多家企業;德國涉及有機與印刷電子的科研單位與企業超過90余家，2004年就已經成立有機電子協會;日本在2011年成立先進印刷電子技術研發聯盟，以印刷與薄膜技術企業主導印刷電子產業。
尤其值得一提的是韓國。韓國知識經濟部于2011年提出了一個發展印刷電子技術的6年計劃，從2012年到2018年，韓國政府將與工業界共同投資1725億韓元(約合10億元人民幣)，研究開發印刷電子的全面解決方案。韓國政府認為，在過去的20年中已經在移動通信與平板顯示領域取得了世界矚目的成績，平板顯示全球老大，移動通信全球第二。他們看到印刷電子是一個新的機會，可能會帶動一大批新的產業，因此政府出面主導大力推動。同時，韓國有三星、lg這樣的電子信息產業巨頭，這些大型企業都對印刷電子極為關注，都已有內部研究計劃。去年由韓國主辦的國際柔性與印刷電子大會(icfpe)，會議主席就是三星顯示公司的ceo。lg則已在其顯示面板生產線上開始采用噴墨打印工藝。
我國的創新機遇
“在無機納米材料應用于印刷電子技術與產業化方面，中國與國外基本處于同一起跑線上。”之所以如此，有關專家認為是因為國外也是在近幾年才開始這方面的研究，產業化也剛剛開始，“應該說，中國抓住了這一機遇。”
實際上，中國工業界從2009年以來已經開始關注印刷電子。中國印制電路行業協會(cpca)于2009年11月成立了印制電子分會。2010年4月，國內柔性電路版企業安捷利公司與復旦大學成立了“復旦—安捷利全印制電子研發中心”。昆山海斯電子于2010年開發出了可用于噴墨打印的納米銀導電墨水。上海銳比利機電公司于2010年完成了第一代印刷電路板字符噴印機。
在科技界，中科院蘇州納米所于2009年10月開始籌建印刷電子技術研究中心，這是國內第一個完全致力于印刷電子科研開發的團隊。自2010年以來，印刷電子開始在中國成為一個迅速發展的新興技術領域。自中科院蘇州納米所的印刷電子中心之后，北京印刷學院、天津大學、華中科技大學等高校相繼建立印刷電子研究中心。北印中源、中科納通、蘇州納格，昆山恩幅賽等以印刷電子為主營業務的公司也相繼成立。一些基于印刷電子技術的產品開始出現。例如，北印中源的納米銀漿，中科納通的印刷rfid標簽與地鐵票，蘇州納格開發的用于觸摸屏的柔性透明導電膜，昆山恩福賽的印刷紙電池等。2011年10月，由北京印刷學院、中科院蘇州納米所與中科院化學所等單位發起了全國印刷電子產業創新聯盟。
2010年7月，由中科院蘇州納米所印刷電子中心發起組織了首屆全國印刷電子研討會，該研討會至今已連續舉辦4屆，參加人數逐年增加。首屆研討會只有20余人到會，2013年舉辦的第4屆研討會上參會人數已達150余人。2012年5月，中國應邀出席首屆國際印刷電子標準工作委員會。中國還爭取到了2014年國際柔性與印刷電子大會(icfpe)的主辦權，說明中國印刷電子的發展已受到全球的關注，我國正面臨前所未有的極好機遇，發展印刷電子技術應成為在今后5—10年科技規劃布局的重要方向與重要領域之一。
“印刷電子作為一個新興領域，仍然有巨大的創新空間，如果國家盡快開始對印刷電子新材料及應用技術加以重視，加強政策引導，完全有可能搶占先機，走出一條自己的創新之路。”專家表示。


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