基于表面能调控的基材表面处理方法

本发明属于印刷电子，具体涉及一种基于表面能调控的基材表面处理方法。

背景技术：

1、随着印刷电子技术的发展，直接在基材表面上采用印刷方法制造电路、天线、柔性电池、微流控芯片、传感器、晶体管、射频标签、光电器件等也逐渐成为可能。印刷电子以其大面积、柔性化和低成本等特点，具备传统加工工艺不可替代的优势。基材上常用的材料沉积方法有丝网印刷、胶版印刷、微接触印刷以及卷对卷印刷等。材料沉积过程中涉及到材料在基材上的平铺，其中基材的表面能对于沉积材料的铺展有较大的影响。

2、表面处理作为一种改变印刷基材表面能的手段，可以有效改善印刷基材的印刷适性，在印刷电子领域具有非常重要的作用。通常用表面能来衡量印刷基材印刷适性，如果印刷基材的表面能低，其吸引力低于油墨相分子的吸引力，界面区的油墨分子有向油墨内部收缩的张力，这就是非润湿状态。如果印刷基材的表面能高，其吸引力高于油墨分子的吸引力，则界面区的油墨相分子有一种被吸附于基材的表面的压力，这就是润湿状态。调控印刷基材的表面能对于精密印刷尤其重要，基材的表面能对印刷材料的线宽以及形貌有较大的影响，基材上合适的表面能对实现较好的印刷效果和分辨率有非常重要的作用。

3、现有技术中常见的基材表面处理方式有等离子处理、电晕处理、化学处理、涂层处理法：

4、等离子处理：在等离子体作用下，衬底表面出现部分活性原子、自由基和不饱和键，这些粒子与基材表面产生改性作用，使其亲水性能发生变化；

5、电晕处理：采用高频高压或中频高压对塑料薄膜表面处理，使其表面活化，呈多毛孔性，这样能提高对油墨的粘结力，改善薄膜的印刷适性；

6、化学氧化处理：用氧化剂处理聚烯烃塑料表面，使表面氧化生成极性基团，提高制品表面的极性；

7、涂层处理法：涂层处理法是在薄膜上涂以特定的涂料，以改变其表面吸附性能。涂层处理的效率比较低。

8、以上基材表面处理方法对基材表面能的改善均有明显的效果，但是在印刷电子领域，柔性电极以及传感器、光电器件等在制作工艺中对印刷的结构尺寸以及表面形貌均有特殊的要求，仅采用以上方法对基材表面进行处理，基材的表面能难以实现精确控制。由于常见印刷基材本身表面能不均匀，直接在基材上印刷会产生印刷膜层不均匀、印刷效果差的现象；在基材上进行等离子处理对印刷有一定的改善，但是对于高精密印刷仍有一定的影响，例如印刷高精度银电极，线宽受表面能影响较大。

9、因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于表面能调控的基材表面处理方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于表面能调控的基材表面处理方法，以实现基材表面能的精准调控。

2、为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

3、一种基于表面能调控的基材表面处理方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、通过疏水材料对基材表面进行疏水处理；

5、s2、采用等离子工艺对疏水处理后的基材进行处理，调控基材的表面能。

6、一实施例中，所述基材的材料包括pet、pen、pi、pmma、pp、ps、pe、pc、pa、eva、玻璃、石英、硅中的一种或多种。

7、一实施例中，所述步骤s1中疏水处理后基材的表面能为5mn/m～20mn/m。

8、一实施例中，所述步骤s1具体为：

9、通过喷涂、旋涂、涂布、浸泡、化学气相沉积、静电纺丝、组装、溶胶凝胶、电化学沉积中的一种或多种工艺，在基材表面形成疏水材料。

10、一实施例中，所述疏水材料包括ptfe、fep、ecte、etfe、pfa、含氟聚合物、含氟醚类化合物、氟碳蜡、氟化碳中的一种或多种，疏水材料的厚度为0.5nm～50nm。

11、一实施例中，所述步骤s2中，经过等离子工艺处理后基材的表面能为5mn/m～80mn/m，接触角范围为0～150°。

12、一实施例中，所述步骤s2还包括：

13、通过控制等离子处理工艺中的处理气氛、功率、处理时间中的至少一种，调控基材的表面能。

14、一实施例中，所述等离子处理工艺中的处理气氛为空气、氧气、氮气、氩气中的一种或多种；和/或，

15、所述等离子处理工艺中的功率为10w～600w；和/或，

16、所述等离子处理工艺中的处理时间为5s～10min。

17、一实施例中，所述步骤s2后还包括：

18、在经过等离子工艺处理后的基材表面制备功能层。

19、一实施例中，所述功能层通过丝网印刷、喷涂、电流体喷印、气溶胶打印、凹版印刷、涂布中的一种或多种工艺制备而得；和/或，

20、所述功能层的材料为纳米银墨水、pedot:pss、银纳米线、量子点墨水、纳米铜墨水、纳米铝墨水、碳纳米管、金属氧化物、交联材料、电致变色材料中的一种或多种。

21、本发明具有以下有益效果：

22、本发明首先对基材表面进行疏水处理，可以将基材的表面能调控到较低的值，且改善了基材表面本身表面能不均匀的现象，能获得均匀的低表面能基材；在表面能均一的基材表面通过控制等离子工艺条件，可以对基材的表面能进行精细调控。

技术特征：

1.一种基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述基材的材料包括pet、pen、pi、pmma、pp、ps、pe、pc、pa、eva、玻璃、石英、硅中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述步骤s1中疏水处理后基材的表面能为5mn/m～20mn/m。

4.根据权利要求3所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：

5.根据权利要求3所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述疏水材料包括ptfe、fep、ecte、etfe、pfa、含氟聚合物、含氟醚类化合物、氟碳蜡、氟化碳中的一种或多种，疏水材料的厚度为0.5nm～50nm。

6.根据权利要求1所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述步骤s2中，经过等离子工艺处理后基材的表面能为5mn/m～80mn/m，接触角范围为0～150°。

7.根据权利要求6所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：

8.根据权利要求7所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述等离子处理工艺中的处理气氛为空气、氧气、氮气、氩气中的一种或多种；和/或，

9.根据权利要求1所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述步骤s2后还包括：

10.根据权利要求1所述的基于表面能调控的基材表面处理方法，其特征在于，所述功能层通过丝网印刷、喷涂、电流体喷印、气溶胶打印、凹版印刷、涂布中的一种或多种工艺制备而得；和/或，

技术总结本发明揭示了一种基于表面能调控的基材表面处理方法，所述方法包括以下步骤：S1、通过疏水材料对基材表面进行疏水处理；S2、采用等离子工艺对疏水处理后的基材进行处理，调控基材的表面能。本发明首先对基材表面进行疏水处理，可以将基材的表面能调控到较低的值，且改善了基材表面本身表面能不均匀的现象，能获得均匀的低表面能基材；在表面能均一的基材表面通过控制等离子工艺条件，可以对基材的表面能进行精细调控。技术研发人员：聂书红,苏文明,陈小连,谢黎明,徐文亚受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15