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

有機(jī)半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展有機(jī)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(xiě)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(shí)也在傳達(dá)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(gè)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(lái)的發(fā)展模式中,需要打開(kāi)網(wǎng)版印刷行業(yè)的邊界,在上下游同時(shí)展開(kāi)探索,結(jié)合原本擁有的優(yōu)勢(shì),走出印刷工藝,構(gòu)筑完整的價(jià)值鏈，展現(xiàn)未來(lái)產(chǎn)業(yè)的圖景。
做事業(yè)是做有限的游戲還是無(wú)限的游戲,這是一個(gè)問(wèn)題,有限的游戲就是在行業(yè)內(nèi)完成騰挪,無(wú)限的游戲就是所有對(duì)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(jìn)展和網(wǎng)版印刷毫無(wú)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(jī)會(huì)往往出現(xiàn)在邊緣。每一個(gè)不同的視角都孕育著新的機(jī)會(huì)。
網(wǎng)版印刷行業(yè)實(shí)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(gè)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(wú)限擴(kuò)展的,和科技行業(yè)走在一起,網(wǎng)版印刷的應(yīng)用就是無(wú)限擴(kuò)展的。技術(shù)的可能性是一種生態(tài)體系,但是最初沒(méi)有人去推動(dòng),這些生態(tài)體系就建立不起來(lái)。所有偉大的事業(yè)和落地的技術(shù)現(xiàn)實(shí)都是人在推動(dòng)。
經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,我們就能夠發(fā)現(xiàn),有幾種未來(lái)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(shì)的基礎(chǔ)材料是有機(jī)半導(dǎo)體,以及先進(jìn)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(jìn)電子材料技術(shù)的進(jìn)展,使得全球電子印刷市場(chǎng)將迎來(lái)新的春天。有機(jī)半導(dǎo)體的加工工藝能夠在室溫下進(jìn)行,這對(duì)于網(wǎng)版印刷工藝而言，是一個(gè)很好的機(jī)遇。
其實(shí),網(wǎng)版印刷行業(yè)對(duì)于有機(jī)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(guò)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(lèi)之間的都需要發(fā)展到可以交接的復(fù)雜性的時(shí)候,才會(huì)產(chǎn)生技術(shù)體系之間的融合。而基于網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)管理體系的建立，對(duì)于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用端來(lái)說(shuō),已經(jīng)能夠覺(jué)察到上游的技術(shù)系統(tǒng)和基礎(chǔ)科研成果開(kāi)始逐步成熟,下游面向消費(fèi)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(lái)的新興領(lǐng)域進(jìn)軍，占據(jù)一席之地。
有機(jī)電子學(xué)是一個(gè)比較新的學(xué)科,也是全球基礎(chǔ)材料研發(fā)的重點(diǎn)。當(dāng)年,三位科學(xué)家在有機(jī)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(duì)于這種革命性的發(fā)現(xiàn),在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有造成多大的轟動(dòng),但是這種技術(shù)的可能性和市場(chǎng)前景是巨大的。有機(jī)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(shuō)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品萬(wàn)物智能的基礎(chǔ)技術(shù),于是產(chǎn)生了一個(gè)新的分支有機(jī)電子學(xué)。有機(jī)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(lái)代替以部分硅為主的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品,利用有機(jī)物可以大規(guī)模低成本合成的優(yōu)勢(shì),實(shí)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?yàn)室中,有機(jī)半導(dǎo)體材料產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shì),所以才占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有大量的資本進(jìn)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(jiǎng)。在這之后,有關(guān)塑料半導(dǎo)體材料的實(shí)用性研發(fā)一直就是熱門(mén)。有機(jī)半導(dǎo)體相對(duì)于硅等半導(dǎo)體,成本低廉，具有價(jià)格優(yōu)勢(shì),可以并入到精細(xì)化工行業(yè),即一些精細(xì)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(lái),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(jī)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(jī)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(jìn)一步降低。有機(jī)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(shí)現(xiàn)，對(duì)于未來(lái)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?yàn)室中,有機(jī)導(dǎo)電聚合物的研發(fā)人才受到爭(zhēng)搶,大企業(yè)期望能夠在這樣的領(lǐng)域獲得突破。美國(guó)斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院在這個(gè)領(lǐng)域聚集了全球頂級(jí)人才的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，中國(guó)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(jī)化學(xué)研究所李洪祥課題組在p-型和n一型高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料方面取得了一系列進(jìn)展。
在行業(yè)之外的人看有機(jī)半導(dǎo)體，實(shí)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(lái)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(wú)機(jī)物,人們很難想象一個(gè)有機(jī)物也可以作為半導(dǎo)體,因?yàn)樵谌藗兊挠∠笾?，塑料只能是很好的絕緣體。有機(jī)半導(dǎo)體種類(lèi)很多,性能也參差不齊,對(duì)于應(yīng)用端來(lái)說(shuō),選擇比較成熟的技術(shù)材料就可以了。
對(duì)于網(wǎng)版印刷行業(yè)和數(shù)字印劇行業(yè)而言,不需要對(duì)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(shí)上,現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)之間的知識(shí)可以融合,但是知識(shí)的專(zhuān)業(yè)性已經(jīng)越來(lái)越精細(xì)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?cè)谑褂眠@一技術(shù)體系的時(shí)候,盡可能使用已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的材料進(jìn)行應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)。
對(duì)于柔性基材上廉價(jià)的電子線路印制,網(wǎng)版印刷業(yè)者其實(shí)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(gè)熱點(diǎn)就是,不僅電子線路需要用印刷工藝做出來(lái),在電路中的晶體管元件,也需要用印刷工藝做出來(lái),這其實(shí)就是我們?cè)谶@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(jìn)行生產(chǎn)制造的有機(jī)晶體管組件,能夠生產(chǎn)出廉價(jià)實(shí)用的電子產(chǎn)品。有機(jī)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(diǎn),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(lái)的智能機(jī)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(jī)半導(dǎo)體材料是有機(jī)晶體管的核心組成部分,是有機(jī)晶體管應(yīng)用的基礎(chǔ)。大量的電子產(chǎn)品運(yùn)用全印刷工藝進(jìn)行復(fù)制則是一個(gè)趨勢(shì),這對(duì)于網(wǎng)版印刷行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的機(jī)遇。
雖然在短期技術(shù)展望來(lái)看,有機(jī)半導(dǎo)體材料在性能上還無(wú)法和硅等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料媲美,但是應(yīng)用價(jià)值可以體現(xiàn)在不同的領(lǐng)域。和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體相比,有機(jī)半導(dǎo)體有自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì),我們站在應(yīng)用端,不需要去比較誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣的問(wèn)題。而是運(yùn)用在不同的領(lǐng)域,制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。
目前,全有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)正在展開(kāi)競(jìng)賽,從專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量上看,全球范圍內(nèi)高分子材料的專(zhuān)利申請(qǐng)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(jī)半導(dǎo)體材料自2003年提交第一件專(zhuān)利申請(qǐng)以來(lái)逐步發(fā)展，2011年至2013年出現(xiàn)了較大幅度的增長(zhǎng)。在2010年之前,高分子材料的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量較少,但在2010年出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。2010年至2013年,高分子材料的專(zhuān)利申請(qǐng)量占近年來(lái)申請(qǐng)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(jī)半導(dǎo)體,并根據(jù)日臻成熟的分子設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控和得到相應(yīng)性質(zhì)的有機(jī)半導(dǎo)體,使得材料種類(lèi)達(dá)到那么,網(wǎng)版印刷業(yè)者和技術(shù)研發(fā)者能夠在有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域有什么作為呢?在面向2030的技術(shù)未來(lái)預(yù)測(cè)中,電子隱形眼鏡是能夠直接做到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的。這樣的技術(shù)未來(lái),正在依賴于有機(jī)物半導(dǎo)體的透明性可以用來(lái)制備全透明器件，可以實(shí)現(xiàn)窗基電子產(chǎn)品。而這些在未來(lái)成為主流產(chǎn)品的商品,到現(xiàn)在并沒(méi)有被制造出來(lái),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(jìn)行深人研發(fā),去面向未來(lái)進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新。作為業(yè)者,需要面向科技未來(lái)打開(kāi)自己封閉的眼界,將網(wǎng)版印刷工藝應(yīng)用到更多的未來(lái)先進(jìn)制造行業(yè)里面去。