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印刷电子与那些高大上的应用

2014-08-22 09:27:07.0 来源:《CPRJ 中国塑料橡胶》 责编:周艳平

摘要:
尽管还是一种寡居金字塔尖的研究性技术,但随着一些先驱探索者们的开拓,印刷电子应用的无限可能性正被一点点发掘,可以说,这不仅是一个充满想象乐趣与新奇体验的王国,更是一个尚待挖掘的大金矿。

  事实上,印刷传感装置并不是一个新东西。例如,在全球运送的许多疫苗现在都有一个印刷的温度标签,如果在运输和贮存过程中冷却链出问题会警示医疗人员。但是,这些标签不是电子装置:如果温度太高,印墨发生化学反应,使颜色产生变化。



  电子感测器通常较为复杂,所以制造过程更具挑战性。有多层材料,而且装置需要金属互联件。要根据材料性能、成本和解析度选取制造工艺。多年来,印刷(尤其是丝网印刷)技术一直用于制造高级陶瓷材料感测器。存在的问题是,这些感测器需要一个烧结过程,所以与塑料元件不相容,塑料存在熔化和变形问题。


  相比之下,新传感器采用印墨,可以直接印刷在塑料基材上。它们具有柔软、细小、轻量的优点,而且在有些情况下可以采用卷到卷设备制造。这意味着,这些传感器可以安装到以前无法安装传感器的地方。例如,安装到曲面、超薄装置或抗振装置上。


  尽管仍有许多柔性传感器处于研发阶段,IDTechEx指出了正在兴起的并已接近工业化水平的几种技术。它们是:塑料上的印刷气体传感器、印刷温度传感器、柔性光探测器、柔性压电传感器、柔性数字X射线传感器。2014年将是一些此类传感器交付给最终用户的一年。


 OLED光源


  VDMA旗下OE-A(有机印刷电子协会)发布的有机印刷电子发展路线图指出的四大应用领域(电子纸和OLED显示屏、OLED光源、有机光伏产品,以及补充传统硅类微电子产品的电子元件)中,OLED光源可能是讨论最激烈、最具挑战性的领域,因为它们要与成熟的LED和卤灯激烈竞争,来推动节能。


  与LED和卤聚光灯不同,OLED可以实现大面积动态颜色可控发光。OLED能够采用使建筑美观的方式固定在表面上,甚至是家中熟悉的物体上,从而将它们转化为主动光源。OLED灯已用于设计研究高级产品,如Osram和Philips公司的产品。


  有机光伏产品和电池


  有机光伏产品(OPV)正在与由氧化钛与染料敏化混合太阳能电池,以及纯有机即聚合物基电池组成的复合替代品同步发展。它们均已投放市场。但是,由于它们的效率相对较低,所以并不打算为公共电网供电,而是作为当地的电源(能量收集),为移动数据和消费电子装置及测量站电池充电。在OE-A路线图的长期展望中,也设想了2021年前在车辆和建筑领域的应用(建筑集成光伏产品)。


  发展阻力与动力


  不过,柔性有机电子以及柔性有机光伏产品发展仍面临一些技术障碍,如需要气密封装来阻止大气中的水蒸气进入,因为水蒸气会腐蚀电极薄膜,缩短有效使用寿命。到目前为止,只有采用硬质玻璃罩才能达到这种封装要求。


  形状可自由改变的太阳能电池和柔性显示屏的适用解决方案是采用层合薄膜作为阻隔层,其中非晶二氧化硅透明层似乎非常适合。在许多地方正在联合研发,如在Fraunhofer Polymer Surface Alliance (Polo)和日本国家先进科学研究所(AIST)。


  OE-A路线图中指出,应用开发的推动力来自4个主要工业领域:汽车、制药、消费电子产品,以及食品、医药和其他消费品的智能包装。


  采用印刷射频激活识别(RFID)标签,智能包装就可以实现商品管理,使大规模后勤工作更加高效。此外,采用印刷、动态及时显示,就能实现有史以来最佳的与消费者的交流,吸引对敏感商品冷却链间隙的注意力,或将高级制品的数据链接到可追溯供应链中来保证其真实性。德国公司PolyIC在该领域处于领先地位,开发了RFID标签及其印刷天线,并采用了导电透明有机薄膜。


  OE-A路线图还提到另一个当前发展情况。一些高级轿车已装配了印刷天线及座席占用印刷传感器,集成在椅套中,用于必要时触发安全气囊。传感器还探测重量,以此区分儿童与成人。轿车还配备有倒车摄相头OLED显示器,而不是传统的后视镜,以及仪表盘上仪表组的照明和几乎看不到的印刷窗除冰器。轿车发展的下一步是采用有机显示器和触摸传感器来替代传统的机械显示器和开关。奥迪公司已在研发OLED倒车灯,从而可替代当前的LED灯来实现节能、省钱。大面积的OLED应用也在讨论之中,作为调光、变色头衬或用于突出门槛。


  印刷电子 VS 印刷电路


  在“印刷电路”中,“印制”的主要工序是光刻和腐蚀,而印刷电子则是直接将电气器件制作到基材上。


  印刷电子技术以新型油墨替代传统印刷油墨,采用类似于传统喷墨印刷技术制备电子电路和元器件。这里,具有关键性意义的新型“油墨”是具有导电、介电或半导体等性质的“电子油墨”。

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