有機半導體材料技術發展有機半導體材料技術發展
網版印刷領域正在面臨著巨大的挑戰，網版印刷工業體系正經歷著前所未
有的變革。筆者寫了很多網版印刷技術在新領域的生命力和發展潛力的文章,同時也在傳達一些其他的工業技術領域普遍的發展規律。這個發展規律是需要大家尊重的,單一的技術游戲已經結束,在接下來的發展模式中,需要打開網版印刷行業的邊界,在上下游同時展開探索,結合原本擁有的優勢,走出印刷工藝,構筑完整的價值鏈，展現未來產業的圖景。
做事業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內完成騰挪,無限的游戲就是所有對事業相關的因素需要全部考慮在內,相關科技行業的進展和網版印刷毫無關系或者關聯不大,那只是以前,現在做事業的機會往往出現在邊緣。每一個不同的視角都孕育著新的機會。
網版印刷行業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,將這樣的一個行業編入到更多的高技術行業中去,是一條很有前景的道路。科技是無限擴展的,和科技行業走在一起,網版印刷的應用就是無限擴展的。技術的可能性是一種生態體系,但是最初沒有人去推動,這些生態體系就建立不起來。所有偉大的事業和落地的技術現實都是人在推動。
經過仔細分析,我們就能夠發現,有幾種未來能夠引起產業革命的基礎材料技術跟網版印刷技術具有連接關系。其中已經具有全局產業優勢的基礎材料是有機半導體,以及先進碳系結構新材料。
網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,這對于網版印刷工藝而言，是一個很好的機遇。
其實,網版印刷行業對于有機半導體材料并不陌生，數年之前,《絲網印刷》雜志就做過這樣的主題。技術發展有著自己的規律,不同技術種類之間的都需要發展到可以交接的復雜性的時候,才會產生技術體系之間的融合。而基于網絡的知識管理體系的建立，對于產業應用端來說,已經能夠覺察到上游的技術系統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近在眼前。網版印刷行業需要向這些未來的新興領域進軍，占據一席之地。
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,從而發現了導電聚合物,對于這種革命性的發現,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,可以說是實現產品萬物智能的基礎技術,于是產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電子產品,利用有機物可以大規模低成本合成的優勢,實現電子智能產品的大批量制造,作為工業4.0和物聯網技術的應用技術。顯然,這種制造工藝是不能缺少網版印刷工藝參與的,在目前全球實驗室中,有機半導體材料產品的實驗和成型,主要使用的技術工藝就是網版印刷技術和數字噴墨技術。其中,網版印刷對于油墨形態的技術要求比較低,寬容度比噴墨技術有優勢,所以才占據優勢地位。預計未來會有大量的資本進入該領域。
2000年，黑格爾等最初的發現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，具有價格優勢,可以并入到精細化工行業,即一些精細化學品的合成,這和硅工業是不同的技術路徑,規模比較小的企業也可以參與到新材料的生產中來,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，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，對于未來可穿戴的以及便攜式的電子產品至關重要。在全球實驗室中,有機導電聚合物的研發人才受到爭搶,大企業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。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品。傳統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。
對于網版印刷行業和數字印劇行業而言,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,現在專業之間的知識可以融合,但是知識的專業性已經越來越精細了,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,盡可能使用已經經過實踐檢驗的材料進行應用產品的研發。
對于柔性基材上廉價的電子線路印制,網版印刷業者其實是不陌生的,銀漿和碳漿這種印刷油墨現在已經普遍使用了。目前全球電子工業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制造的有機晶體管組件,能夠生產出廉價實用的電子產品。有機晶體管由于質量輕、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。大量的電子產品運用全印刷工藝進行復制則是一個趨勢,這對于網版印刷行業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勢,我們站在應用端,不需要去比較誰優誰劣的問題。而是運用在不同的領域,制造出相應的產品。
目前,全有機半導體技術研發正在展開競賽,從專利申請數量上看,全球范圍內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展，2011年至2013年出現了較大幅度的增長。在2010年之前,高分子材料的專利申請數量較少,但在2010年出現了爆發式增長。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,并根據日臻成熟的分子設計來調控和得到相應性質的有機半導體,使得材料種類達到那么,網版印刷業者和技術研發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，可以實現窗基電子產品。而這些在未來成為主流產品的商品,到現在并沒有被制造出來,這里的技術布局,網版印刷行業的領先企業完全可以進行深人研發,去面向未來進行應用創新。作為業者,需要面向科技未來打開自己封閉的眼界,將網版印刷工藝應用到更多的未來先進制造行業里面去。