利用膠乳液制備有機功能材料圖案的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機材料層的加工制備方法和應(yīng)用，特別是涉及一種圖案化的有機功能材料層的制備方法和應(yīng)用，應(yīng)用于現(xiàn)代電子功能材料及器件制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]有機功能材料是具有光、電、磁物理性能的有機分子和聚合物以及由有機材料所組成的信息和能量轉(zhuǎn)換器件的有機固體材料的統(tǒng)稱。
[0003]有機功能材料以其獨有的功能性、易加工性、經(jīng)濟性等性質(zhì)而比金屬、陶瓷更富有競爭性。以功能特性劃分的各類電子材料及器件構(gòu)成了新型的電子敏感材料及傳感器、壓電鐵電材料及換能器、駐極體材料及換能器、導(dǎo)電材料及器件、光電子材料及器件、生物材料及器件和分子電子學(xué)器件等幾大類具有廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代電子功能材料及器件，并朝著材料的靈巧及智能化方面發(fā)展。
[0004]而其中，將有機功能分子圖案化在電子學(xué)、光子學(xué)、光電子學(xué)、基于生物芯片的檢測、生物傳感器陣列等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用價值。隨著有機薄膜場效應(yīng)晶體管的迅速發(fā)展，有機薄膜制備過程中合適的圖案化處理，能有效的提髙器件性能，集成水平等。不同性質(zhì)的有機發(fā)光分子對氣體分子有特異性響應(yīng)，根據(jù)這一原理，利用有機發(fā)光分子圖案化來制備氣體傳感器，具有巨大的應(yīng)用價值。顯示器的基本元素一像素，包括紅、綠、藍(lán)三基色，工作原理是通過調(diào)節(jié)電壓大小，來控制三基色發(fā)光的合適配比，得到顯示器需要的任何顏色，眾多像素就構(gòu)成了我們看到的多彩的顯示器。所以，制備加工OLED顯示器過程中，將有機發(fā)光分子圖案化，排列組成像素也是不可或缺的一個過程。
[0005]有機功能材料圖案化有很多方法，如光刻，壓印，掩膜法等。但是傳統(tǒng)的制備方法都有一些制備上的缺點和局限性，例如:電子束光刻和紫外光刻法這兩種應(yīng)用最廣泛的技術(shù)不能用于有機分子圖案化，因為電子束和紫外光會對有機分子產(chǎn)生破壞作用；對于掩膜法，其本身的產(chǎn)額和均一性可以達到要求，但是，其分辨率不高；直寫法的均一性和分辨率比較高，但是，其產(chǎn)額太低，基本無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；對于壓印法而言，分辨率和產(chǎn)額比較高，但是其均一性差。為了解決以上問題，有科學(xué)家提出真空中有機功能分子圖案化技術(shù)，利用光刻等技術(shù)刻蝕出金圖案，由于金的表面能比較高，加熱后，有機功能分子選擇性的沉積在金的表面，從而制備出圖案化的有機功能分子。這種技術(shù)的缺點就是需要在真空中進行，條件比較苛刻。為了克服此缺點，他們對真空環(huán)境進行改進，提出了一種在大氣中有機功能分子光刻兼容圖案化的方法，在大氣中，成功的實現(xiàn)了有機功能分子選擇性的沉積在金表面上，制備出圖案化的有機功能分子陣列。但是，在大氣中的實驗也有另一個缺點:實驗的過程需要加熱，而加熱條件下，有些有機分子容易分解或者揮發(fā)，同時，大氣中的實驗，液體沿著金表面流動，速度比較緩慢，時間比較長，產(chǎn)率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種利用膠乳液制備有機功能材料圖案的方法及其應(yīng)用，其圖案化方法發(fā)生在膠乳液里，避免了光刻技術(shù)等損害材料功能的不利環(huán)境，因此可以有效地保護材料的功能性，不需要真空環(huán)境，而且過程無需加熱，解決了有機材料受熱分解等問題，實現(xiàn)了一種具有制備高分辨率、大面積、低成本的有機功能材料圖案制備工藝，本發(fā)明工藝可兼容光刻技術(shù)，具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
[0007]為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種利用膠乳液制備有機功能材料圖案的方法，包括如下步驟:
a.將經(jīng)過潔凈處理后的基底表面上修飾生成一層疏水物質(zhì)或親水物質(zhì)，然后對基底表面依次進行清洗、干燥和烘烤，使基底表面上附著的疏水物質(zhì)液膜或親水物質(zhì)液膜進行固化，制備得到疏水性基底或親水性基底；優(yōu)選所述基底的材料為硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫或有機材料；優(yōu)選所述基底的材料為柔性有機材料；優(yōu)選所述基底的材料為柔性PET材料；基底的材料對沉積的選擇性有很大的影響；
b.對在經(jīng)過所述步驟a中進行修飾得到的基底表面進行圖案化處理，并沉積一層有利于有機功能材料沉積的吸附材料層，在基底表面形成圖案化的吸附區(qū)，吸附材料層采用與基底有不同表面能的材料制備而成，從而在基底上引入吸附材料層預(yù)圖案；對基底表面進行圖案化處理時，優(yōu)選采用電子束光刻法、光學(xué)光刻法、軟光刻法、掩膜法或掃描探針顯微鏡光刻法在基底表面產(chǎn)生吸附區(qū)圖案；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用電子束光刻法產(chǎn)生時，由于電子束光刻可以制作具有亞微米分辨率的圖案，電子束光刻是一個串處理過程，產(chǎn)生圖案過程中需要電子束掃描過整個圖案區(qū)域，對大多數(shù)應(yīng)用而言，其產(chǎn)率很低，當(dāng)然，其產(chǎn)率取決于電子束掃描速度，如果所需要沉積區(qū)面積較小，也就是說只有整個面積的小部分需要用電子束來處理，電子束光刻任然是一種比較有競爭力的方法；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用光學(xué)光刻法產(chǎn)生時，由于光學(xué)光刻是一種很快的轉(zhuǎn)移模板圖案的方法，如果所需沉積區(qū)面積比較大，光學(xué)光刻是產(chǎn)生這些沉積區(qū)的有效方法；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用軟光刻法產(chǎn)生時，優(yōu)選接觸打印方法和納米壓印方法，是另外一種有效地可供選擇的在基底上引進沉積區(qū)的方法，其使用彈性材料或者硅為印章的軟光刻方法是一種可以用來批量生產(chǎn)小圖案的低成本方法，制備的圖案像素最小至30納米；當(dāng)本發(fā)明制備的吸附區(qū)采用掃描探針顯微鏡光刻法產(chǎn)生時，利用針尖在基底表面機械地移動，使其變形或者改變化學(xué)性質(zhì)在掃描探針光刻，也能用來有效制作沉積區(qū)；
c.采用不互溶的極性不同的兩種物質(zhì)制備膠乳液，并將有機機功能材料溶于膠乳液中，有機功能材料僅能溶解于其中的一種物質(zhì)中且不溶于其中的另一種物質(zhì)；優(yōu)選采用兩種不互溶的溶液并利用超聲的方法制備膠乳液；制備膠乳液時采用的兩種極性不同的不互溶的物質(zhì)，其中相對極性較大的一種物質(zhì)優(yōu)選采用水、二甲基亞砜和甲醇中的任意一種或任意幾種的混合物，其中相對極性較小的一種物質(zhì)優(yōu)選采用己烷和環(huán)己烷的任意一種或兩種的混合物；所述有機功能材料優(yōu)選采用聚合物有機功能分子材料；
d.當(dāng)采用的有機功能材料與基底的作用較弱，而導(dǎo)致有機功能材料分子在所述步驟b中制備的吸附區(qū)外的基底表面上無法形核凝固時，將具有在所述步驟b中制備的吸附材料層預(yù)圖案的基片浸入在所述步驟C中制備的膠乳液中，基片浸入膠乳液靜置時間長度根據(jù)所需厚度進行控制，浸入時間結(jié)束后，再將基片從膠乳液中取出，然后待基片表面附著的溶液揮發(fā)，在基片表面的圖案化的吸附區(qū)上布滿有機功能材料分子，即在基片表面吸附的有機功能材料層保留下來形成所需圖案，從而在基底上制備出有機功能材料層的圖案。
[0008]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟a中，當(dāng)制備疏水性基底時，采用的疏水物質(zhì)為氯硅烷、氟硅烷或HMDS ;則然后在所述步驟b中，吸附材料層主要采用金或銀制備而成。
[0009]作為上述技術(shù)方案中進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟b中，當(dāng)吸附材料層主要采用金制備而成時，采用真空氣相沉積方法依次在在基底表面上沉積厚度為2-3nm的Ti層和厚度為20nm的Au層，從而在基底上制備出Au層預(yù)圖案。
[0010]作為上述技術(shù)方案中進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟c中，所述有機功能材料為羅丹明6G或FITC。
[0011]作為上述技術(shù)方案中進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述步驟a中，首先將基底分別用氯仿、丙酮、乙醇和水超聲處理后，然后用氮氣將清洗后的基底吹干備用，然后配置由疏水物質(zhì)形成的疏水物質(zhì)溶液，再將干燥潔凈的基底置入疏水物質(zhì)溶液中靜置5-7小時，再將基底取出，然后分別用氯仿、丙酮、乙醇沖洗，用氮氣將表面附著疏水物質(zhì)液膜的基底吹干，再對疏水物質(zhì)液膜進行烘烤，制備得到疏水性基底。
[0012]作為一種利用本發(fā)明膠乳液制備有機功能材料圖案的方法的應(yīng)用，其應(yīng)用于制備有機半導(dǎo)