低电阻率UV固化喷墨打印银栅极电极：快速、低温、高粘附路径

摘要

采用UV固化法制备喷墨打印银栅极电极，实现优异电阻率6.69×10⁻⁸ Ω·m。通过系统变换UV固化时间和样品与UV灯距离(D)，确定最优条件最小化残留有机物并最大化电导率。所得薄膜对玻璃衬底表现优异粘附，达ASTM标准4B级。本研究展示了一种可规模化、低温制备高性能银电极路径，适用于柔性印刷电子。

背景

喷墨打印凭借按需滴落成型、减少材料浪费和工序，成为印刷电子基石。其与低温制造兼容性对柔性器件至关重要，但文献多依赖高温(>200 °C)热固化或高能烧结。UV固化提供快速、低温替代方案，可在不超过140 °C条件下去除银纳米粒子墨水残留有机物，适合温敏衬底。

方法

玻璃衬底经异丙醇、四氢呋喃、去离子水超声清洗并最终IPA冲洗。银纳米粒子墨水(DGP-40LT-15C, Advanced Nano Products)用Dimatix DMP-2800打印机(10 pL喷头)于30 °C、35 µm滴距沉积。IntelliRay UV0832系统(600 W灯)UV固化。距离D范围37-23 cm，固化时间180-480 s。对比样品在空气中25-140 °C热处理30 min。

电阻率由ρ=Rₛ×h计算，Rₛ用四探针测试仪(KDY-1)测量，h用Dektak台阶轮廓仪获取。SEM(NOVA NANOSEM 430)配合EDS观察形貌元素组成，Veeco NT 9300光学轮廓仪获取3D表面形貌。

实验原理

UV辐射强度随D增加因臭氧吸收和散射而减弱，降低传递到银膜能量。臭氧可氧化银提高电阻率，UV诱导加热促进有机物去除。因此固化深度(受D影响)和固化时长共同决定最终电性能。

结果与讨论

D=37 cm时增加UV固化时间，电阻率急剧下降至360 s后趋平稳，指示有机物近乎完全去除。元素分析证实碳氧含量随固化时间延长减少，银含量上升。

固定180 s固化时间，D从37 cm减至25 cm进一步降低电阻率，更强UV照射增强固化深度和有机物去除。但D<25 cm时电阻率反升，可能因银氧化(非晶Ag₂O形成)和导电碳桥接纳米粒子流失。

SEM和3D轮廓仪显示所有UV固化样品银纳米粒子均匀分散、无聚集，表面粗糙度极低。对比热处理薄膜显示颗粒聚聚和较高表面粗糙度，关联更高电阻率。

最优UV条件——D=25 cm, 480 s——得电阻率6.69×10⁻⁸ Ω·m和4B粘附等级。对比热处理薄膜(120 °C电阻率~3.68×10⁻⁸ Ω·m)，UV固化以更低温度和更短工艺时间达相当性能。

结论

UV固化是制备喷墨打印银栅极电极的有效低温策略，实现低电阻率和强粘附。系统控制固化时间和距离可优化有机物去除和最小化氧化，制得适合高性能柔性印刷电子的电极。

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纳米材料