有機半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展有機半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展

有機半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展有機半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展
網(wǎng)版印刷領(lǐng)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(shù)在新領(lǐng)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(shù)領(lǐng)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(shù)游戲已經(jīng)結(jié)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(jié)合原本擁有的優(yōu)勢,走出印刷工藝,構(gòu)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(guān)的因素需要全部考慮在內(nèi),相關(guān)科技行業(yè)的進展和網(wǎng)版印刷毫無關(guān)系或者關(guān)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(yīng)用端的技術(shù)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(shù)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(yīng)用就是無限擴展的。技術(shù)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(shù)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(chǔ)材料技術(shù)跟網(wǎng)版印刷技術(shù)具有連接關(guān)系。其中已經(jīng)具有全局產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的基礎(chǔ)材料是有機半導(dǎo)體,以及先進碳系結(jié)構(gòu)新材料。
網(wǎng)版印刷技術(shù)和電子技術(shù)之間的“糾纏”是很深的,先進電子材料技術(shù)的進展,使得全球電子印刷市場將迎來新的春天。有機半導(dǎo)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(dǎo)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(shù)發(fā)展有著自己的規(guī)律,不同技術(shù)種類之間的都需要發(fā)展到可以交接的復(fù)雜性的時候,才會產(chǎn)生技術(shù)體系之間的融合。而基于網(wǎng)絡(luò)的知識管理體系的建立，對于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用端來說,已經(jīng)能夠覺察到上游的技術(shù)系統(tǒng)和基礎(chǔ)科研成果開始逐步成熟,下游面向消費端的應(yīng)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(lǐng)域進軍，占據(jù)一席之地。
有機電子學(xué)是一個比較新的學(xué)科,也是全球基礎(chǔ)材料研發(fā)的重點。當(dāng)年,三位科學(xué)家在有機物聚乙炔的材料中摻入碘,從而發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物,對于這種革命性的發(fā)現(xiàn),在當(dāng)時并沒有造成多大的轟動,但是這種技術(shù)的可能性和市場前景是巨大的。有機物作為半導(dǎo)體的潛力引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注,可以說是實現(xiàn)產(chǎn)品萬物智能的基礎(chǔ)技術(shù),于是產(chǎn)生了一個新的分支有機電子學(xué)。有機物作為半導(dǎo)體甚至是導(dǎo)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(shù)的應(yīng)用技術(shù)。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?qū)嶒炇抑?有機半導(dǎo)體材料產(chǎn)品的實驗和成型,主要使用的技術(shù)工藝就是網(wǎng)版印刷技術(shù)和數(shù)字噴墨技術(shù)。其中,網(wǎng)版印刷對于油墨形態(tài)的技術(shù)要求比較低,寬容度比噴墨技術(shù)有優(yōu)勢,所以才占據(jù)優(yōu)勢地位。預(yù)計未來會有大量的資本進入該領(lǐng)域。
2000年，黑格爾等最初的發(fā)現(xiàn)者因?qū)щ娋酆衔铽@得諾貝爾獎。在這之后,有關(guān)塑料半導(dǎo)體材料的實用性研發(fā)一直就是熱門。有機半導(dǎo)體相對于硅等半導(dǎo)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(xué)品的合成,這和硅工業(yè)是不同的技術(shù)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(dǎo)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(guān)重要。在全球?qū)嶒炇抑?有機導(dǎo)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(lǐng)域獲得突破。美國斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院在這個領(lǐng)域聚集了全球頂級人才的研發(fā)團隊，中國大學(xué)和科研單位也在加大力度，做基礎(chǔ)高性能半導(dǎo)體材料的研發(fā)。其中中科院上海有機化學(xué)研究所李洪祥課題組在p-型和n一型高性能有機半導(dǎo)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(dǎo)體，實際上就是—種新型的塑料,它具有半導(dǎo)體的功能,能夠被用來在平面領(lǐng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體種類很多,性能也參差不齊,對于應(yīng)用端來說,選擇比較成熟的技術(shù)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(chǔ)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(shù)的結(jié)合是面向應(yīng)用端的技術(shù)工程原則。所以,我們在使用這一技術(shù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用于柔性基底的特點,在柔性顯示、電子標(biāo)簽、傳感器等方面具有重要應(yīng)用。未來的智能機器人、人工智能技術(shù)產(chǎn)品需要大量的高性能的電子器件,而高性能有機半導(dǎo)體材料是有機晶體管的核心組成部分,是有機晶體管應(yīng)用的基礎(chǔ)。大量的電子產(chǎn)品運用全印刷工藝進行復(fù)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(shù)展望來看,有機半導(dǎo)體材料在性能上還無法和硅等無機半導(dǎo)體材料媲美,但是應(yīng)用價值可以體現(xiàn)在不同的領(lǐng)域。和無機半導(dǎo)體相比,有機半導(dǎo)體有自己的技術(shù)優(yōu)勢,我們站在應(yīng)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(lǐng)域,制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。
目前,全有機半導(dǎo)體技術(shù)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(chǔ)材料的創(chuàng)新,其中,小分子有機半導(dǎo)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(xué)合成方法可以制備紛繁復(fù)雜的有機半導(dǎo)體,并根據(jù)日臻成熟的分子設(shè)計來調(diào)控和得到相應(yīng)性質(zhì)的有機半導(dǎo)體,使得材料種類達到那么,網(wǎng)版印刷業(yè)者和技術(shù)研發(fā)者能夠在有機半導(dǎo)體領(lǐng)域有什么作為呢?在面向2030的技術(shù)未來預(yù)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(shù)未來,正在依賴于有機物半導(dǎo)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(shù)布局,網(wǎng)版印刷行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)完全可以進行深人研發(fā),去面向未來進行應(yīng)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(yīng)用到更多的未來先進制造行業(yè)里面去。