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有机半导体材料技术发展有机半导体材料技术发展

日期:2022/1/11 15:16:44 人气:53
有机半导体材料技术发展有机半导体材料技术发展
网版印刷领域正在面临着巨大的挑战,网版印刷工业体系正经历着前所未
有的变革。笔者写了很多网版印刷技术在新领域的生命力和发展潜力的文章,同时也在传达一些其他的工业技术领域普遍的发展规律。这个发展规律是需要大家尊重的,单一的技术游戏已经结束,在接下来的发展模式中,需要打开网版印刷行业的边界,在上下游同时展开探索,结合原本拥有的优势,走出印刷工艺,构筑完整的价值链,展现未来产业的图景。
做事业是做有限的游戏还是无限的游戏,这是一个问题,有限的游戏就是在行业内完成腾挪,无限的游戏就是所有对事业相关的因素需要全部考虑在内,相关科技行业的进展和网版印刷毫无关系或者关联不大,那只是以前,现在做事业的机会往往出现在边缘。每一个不同的视角都孕育着新的机会。
网版印刷行业实际上是面向应用端的技术工程体系,有能力走出自己的边界,将这样的一个行业编入到更多的高技术行业中去,是一条很有前景的道路。科技是无限扩展的,和科技行业走在一起,网版印刷的应用就是无限扩展的。技术的可能性是一种生态体系,但是最初没有人去推动,这些生态体系就建立不起来。所有伟大的事业和落地的技术现实都是人在推动。
经过仔细分析,我们就能够发现,有几种未来能够引起产业革命的基础材料技术跟网版印刷技术具有连接关系。其中已经具有全局产业优势的基础材料是有机半导体,以及先进碳系结构新材料。
网版印刷技术和电子技术之间的“纠缠”是很深的,先进电子材料技术的进展,使得全球电子印刷市场将迎来新的春天。有机半导体的加工工艺能够在室温下进行,这对于网版印刷工艺而言,是一个很好的机遇。
其实,网版印刷行业对于有机半导体材料并不陌生,数年之前,《丝网印刷》杂志就做过这样的主题。技术发展有着自己的规律,不同技术种类之间的都需要发展到可以交接的复杂性的时候,才会产生技术体系之间的融合。而基于网络的知识管理体系的建立,对于产业应用端来说,已经能够觉察到上游的技术系统和基础科研成果开始逐步成熟,下游面向消费端的应用体系也已经近在眼前。网版印刷行业需要向这些未来的新兴领域进军,占据一席之地。
有机电子学是一个比较新的学科,也是全球基础材料研发的重点。当年,三位科学家在有机物聚乙炔的材料中掺入碘,从而发现了导电聚合物,对于这种革命性的发现,在当时并没有造成多大的轰动,但是这种技术的可能性和市场前景是巨大的。有机物作为半导体的潜力引起了科学家的广泛关注,可以说是实现产品万物智能的基础技术,于是产生了一个新的分支有机电子学。有机物作为半导体甚至是导体制备电子器件和电子电路,来代替以部分硅为主的传统电子产品,利用有机物可以大规模低成本合成的优势,实现电子智能产品的大批量制造,作为工业4.0和物联网技术的应用技术。显然,这种制造工艺是不能缺少网版印刷工艺参与的,在目前全球实验室中,有机半导体材料产品的实验和成型,主要使用的技术工艺就是网版印刷技术和数字喷墨技术。其中,网版印刷对于油墨形态的技术要求比较低,宽容度比喷墨技术有优势,所以才占据优势地位。预计未来会有大量的资本进入该领域。
2000年,黑格尔等最初的发现者因导电聚合物获得诺贝尔奖。在这之后,有关塑料半导体材料的实用性研发一直就是热门。有机半导体相对于硅等半导体,成本低廉,具有价格优势,可以并入到精细化工行业,即一些精细化学品的合成,这和硅工业是不同的技术路径,规模比较小的企业也可以参与到新材料的生产中来,而提供硅晶体,则需要大量投资和高精密制造工艺。硅晶是固体,遵循固体制造的所有工艺,有机半导体则可以做成是油垦和墨水状态,制造工艺的自由度比较好,有机物可以采用全洛液法印刷制备大面积电路,使得工艺成本进一步降低。有机物超轻的重量和先天的可弯折性、可伸缩性使得柔性电子器件得以实现,对于未来可穿戴的以及便携式的电子产品至关重要。在全球实验室中,有机导电聚合物的研发人才受到争抢,大企业期望能够在这样的领域获得突破。美国斯坦福大学和麻省理工学院在这个领域聚集了全球顶级人才的研发团队,中国大学和科研单位也在加大力度,做基础高性能半导体材料的研发。其中中科院上海有机化学研究所李洪祥课题组在p-型和n一型高性能有机半导体材料方面取得了一系列进展。
在行业之外的人看有机半导体,实际上就是—种新型的塑料,它具有半导体的功能,能够被用来在平面领域印制我们需要的电子线路和功能性电子产品。传统的半导体我们知道有锗、硅、锡以及由其附近元素组成的诸如砷化铵、锑化锢等很多种化合物,这些都是无机物,人们很难想象一个有机物也可以作为半导体,因为在人们的印象中,塑料只能是很好的绝缘体。有机半导体种类很多,性能也参差不齐,对于应用端来说,选择比较成熟的技术材料就可以了。
对于网版印刷行业和数字印剧行业而言,不需要对于基础材料理解精透,包括精密的合成工艺,知晓也就可以了。事实上,现在专业之间的知识可以融合,但是知识的专业性已经越来越精细了,成熟技术的结合是面向应用端的技术工程原则。所以,我们在使用这一技术体系的时候,尽可能使用已经经过实践检验的材料进行应用产品的研发。
对于柔性基材上廉价的电子线路印制,网版印刷业者其实是不陌生的,银浆和碳浆这种印刷油墨现在已经普遍使用了。目前全球电子工业的中的一个热点就是,不仅电子线路需要用印刷工艺做出来,在电路中的晶体管元件,也需要用印刷工艺做出来,这其实就是我们在这篇文章中谈到的应用体系。
这种能够直接采用多种印刷工艺组合进行生产制造的有机晶体管组件,能够生产出廉价实用的电子产品。有机晶体管由于质量轻、可大面积制备和可应用于柔性基底的特点,在柔性显示、电子标签、传感器等方面具有重要应用。未来的智能机器人、人工智能技术产品需要大量的高性能的电子器件,而高性能有机半导体材料是有机晶体管的核心组成部分,是有机晶体管应用的基础。大量的电子产品运用全印刷工艺进行复制则是一个趋势,这对于网版印刷行业来说是一个巨大的机遇。
虽然在短期技术展望来看,有机半导体材料在性能上还无法和硅等无机半导体材料媲美,但是应用价值可以体现在不同的领域。和无机半导体相比,有机半导体有自己的技术优势,我们站在应用端,不需要去比较谁优谁劣的问题。而是运用在不同的领域,制造出相应的产品。
目前,全有机半导体技术研发正在展开竞赛,从专利申请数量上看,全球范围内高分子材料的专利申请总量为370件,这些基本上都是基于基础材料的创新,其中,小分子有机半导体材料自2003年提交第一件专利申请以来逐步发展,2011年至2013年出现了较大幅度的增长。在2010年之前,高分子材料的专利申请数量较少,但在2010年出现了爆发式增长。2010年至2013年,高分子材料的专利申请量占近年来申请总量的87%。利用化学合成方法可以制备纷繁复杂的有机半导体,并根据日臻成熟的分子设计来调控和得到相应性质的有机半导体,使得材料种类达到那么,网版印刷业者和技术研发者能够在有机半导体领域有什么作为呢?在面向2030的技术未来预测中,电子隐形眼镜是能够直接做到增强现实的。这样的技术未来,正在依赖于有机物半导体的透明性可以用来制备全透明器件,可以实现窗基电子产品。而这些在未来成为主流产品的商品,到现在并没有被制造出来,这里的技术布局,网版印刷行业的领先企业完全可以进行深人研发,去面向未来进行应用创新。作为业者,需要面向科技未来打开自己封闭的眼界,将网版印刷工艺应用到更多的未来先进制造行业里面去。
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