在基底上沉积功能材料的方法技术

公开了一种在基底上沉积功能材料的方法。提供具有第一表面和第二表面的板。将光散射材料层施加到板的第一表面上，并将反射材料层施加到板的第二表面上。在板的第二表面上形成一组孔之后，在板的第二表面上施加光吸收材料层。接着，用功能材料填充孔。然后用光的脉冲照射板以加热光吸收材料，从而在光吸收材料与功能材料之间的界面处生成气体以将功能材料从孔释放到接收基底上。

Method of Depositing Functional Materials on the Base

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在基底上沉积功能材料的方法相关专利申请本专利申请涉及2016年3月16日提交的共同待审申请U.S.SerialNo.15/072,180。
本专利技术总体涉及印刷方法，特别涉及在基底上选择性沉积功能材料的方法。背景在基底上选择性沉积功能材料的一种常用方法是通过印刷。在基底上印刷功能材料之前，功能材料需要与其它材料配制在一起。由于通常通过将功能材料分散在溶剂或液体中来形成制剂，该制剂通常是湿的。该制剂通常根据粘度被称为墨水或糊料。无论其是墨水还是糊料，制剂通常包括旨在使印刷过程更容易和更可靠的某些添加剂，但这些添加剂也可能干扰功能材料的性质。如果制剂内的添加剂不会明显干扰要沉积的功能材料的预期功能，添加剂可保留；否则，必须除去添加剂。即使可以除去除去添加剂，也有点不方便。本公开提供了在基底上印刷功能材料的改进的方法。专利技术概述根据本专利技术的一个优选实施方案，提供具有第一表面和第二表面的板。将光散射材料层施加到板的第一表面上，并将反射材料层施加到板的第二表面上。在板的第二表面上形成一组孔之后，在孔的表面上施加光吸收材料层。接着，用功能材料填充孔。然后用光的脉冲照射板以加热光吸收材料，从而在光吸收材料与功能材料之间的界面处生成气体，以将功能材料从孔释放到接收基底上。本专利技术的所有特征和优点在下列详细书面描述中变得显而易见。附图简述在联系附图阅读时参考示例性实施方案的下列详述最好地理解本专利技术本身，以及优选使用模式、进一步的目的及其优点，其中：图1A-1B描绘激光诱导正向转移法；图2是在基底上沉积功能材料的方法的工艺流程图；和图3A-3E图示说明图2的方法。优选实施方案的详述理想地，最优选在基底上选择性沉积纯功能材料，而不是在基底上印刷功能材料，但几乎从未实现。在一定程度上，可以使用激光诱导正向转移(LIFT)法印刷接近纯的功能材料，如具有高固含量的糊料。现在参考附图，特别参考图1A-1B，描绘了LIFT法。最初，将功能材料11置于至少部分光学透明的供体基底10的一侧上。然后将激光束12置于供体基底10的另一侧(与安置功能材料11的侧相反)，并如图1A中所示将激光束12聚焦到功能材料11和供体基底10之间的界面15附近的点。随后在界面15处生成气体16，并如图1B中所示，气体16将小部分的功能材料11推射到接收基底17上。LIFT法有若干缺点。首先，沉积越厚，最终印刷品的分辨率越低。其次，由于一次只能转移单个点的功能材料，LIFT法只能顺序进行。第三，在LIFT法中存在相当大量的废料，因为只利用供体基底上的相对小部分的功能材料。最后，并且可能是LIFT法的最大缺点在于，对要印刷的功能材料的动态特征有具体要求。换言之，LIFT法不适合所有类型的功能材料，并且需要为每种类型的功能材料微调印刷参数。该调整的误差容限相对较小，因为层厚度和粘度的均一性会在整个供体基底上改变。现在参考图2，图解根据本专利技术的一个优选实施方案在基底上沉积功能材料的方法。在方框20开始，如方框21中所示提供光学透明板。光学透明板优选由石英制成。在图3A中描绘为板31的光学透明板包括第一表面32和第二表面33。第一表面32优选是平面，但其也可以是曲面。第二表面33优选带有多个孔35a、35b和35c。各孔35a-35c的深度优选在10nm至1,000μm之间，且孔的确切深度取决于具体用途。孔35a-35c优选通过激光飞秒激光钻孔(femptosecondlaserdrilling)形成，但它们也可通过蚀刻形成。尽管在图3A中仅显示三个孔35a-35c，但本领域技术人员会理解，第二表面33可具有多于三个孔。如方框22和图3B中所描绘，将光散射材料层37施加到板31的第一表面32上。光散射材料层37也可在这一方法的稍后阶段施加。板31具有大于1的折射指数，并且射中板31的入射光具有朝从板31的平面画出的法向角弯曲的倾向。板31造成的入射辐射的弯曲使得吸收层的辐照较不均匀，并且通过在板31的第一表面32上施加光散射层37，可减轻这种效应。也可在沉积反射层之前将另一光散射材料层置于板31的第二表面32上。这样的层另外提高射在吸收层上的光的均匀性。光散射材料层可由各种材料，如多孔材料、微透镜阵列、图案化结构和超材料(metamaterial)制成。其也可通过将入射面32粗糙化生成。在如方框23中所示在板31的第二表面33上施加反射材料层38之后，可如图3B中所示选择性蚀刻反射材料层38。当在反射材料层38和光吸收材料层之间具有高反差比时，有可能仅在孔35a-35c内达到功能材料中的溶剂的相变温度而在板31的第二表面33上没有达到。由于填充孔35a-35c可能不是100％清洁工艺(100％cleanprocess)，反射材料层38防止板31的第二表面33上的任何功能材料不达到功能材料中的溶剂的相变温度。反射材料层38的可能的材料是铝。接着，如方框24和图3B中所描绘，将光吸收材料层34施加到板31的第二表面33上。光吸收材料层34需要热稳定(即耐热冲击)。光吸收材料层34优选由钨制成。然后如方框25和图3C中所示用功能材料36填充板31的孔35a-35c。功能材料36可以是墨水或糊料的形式。可以利用刮板(squeegee)或刮刀向孔35a-35c填充功能材料36。在孔35a-35c已被功能材料36填充后，如方框26和图3D中所描绘，优选在第一表面32上用脉冲光照射板31。优选由闪光灯37生成脉冲光。当脉冲光射中板31时，一部分光子转化成声子，其随后加热光吸收材料层34。当光吸收材料层34被加热时，通过热扩散(主要是传导)加热孔35a-35c内的功能材料36。当在光吸收材料层34和功能材料36之间的界面处达到功能材料36的一种或多种组分的沸腾或升华相变温度时，在光吸收材料层34和功能材料36之间的界面处生成气体。气体随后如图3E中所示将功能材料36从板31推向接收基底38。也可通过重力辅助功能材料36的转移。可以通过将功能材料再施加到板31的孔35a-35c中、接着另外暴露于来自闪光灯37的脉冲光以将功能材料从孔35a-35c推到接收基底37上来重复上述步骤。除孔深度外，可以调节孔35a-35c的形状以助于控制功能材料36的推射，和改进功能材料36的填充。重要的是在光吸收材料层34上均匀施加热以确保以一致的方式加热功能材料36以使孔35a-35c中的功能材料36与板31的粘合同时消失。否则，功能材料36会从各种方向喷出。此外，如果不一致地加热功能材料36，功能材料36可能在推射后具有不一致的性质。从孔35a-35c中喷射功能材料36应该几乎不受到剪切应力。优选使用具有空间上均匀的束轮廓的非平行光源实现在光吸收材料层34上均匀施加热。由于各孔35a-35c具有曲面，孔35a-35c的表面处的辐射功率与射在其上的光的入射角的余弦成比例。因此，平行(collimated)光束不会产生均匀的加热分布，除非光束的空间强度随各孔35a-35c上的1/光入射角的余弦而变。当脉冲光非平行时，这一问题不存在。可具有空间均匀的光束强度的非平行光源的一个实例是上文提到的闪光灯37。非平行光源的另一实例是耦合到波导的激光器。激光器本身是相干光源，但在经过波导后，来自激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基底上沉积功能材料的方法，所述方法包含：提供具有第一表面和第二表面的板，其中用光散射层涂布所述第一表面，且所述第二表面含有多个被光吸收材料涂布的孔；用功能材料填充所述多个孔；和用脉冲光照射所述板以加热所述光吸收材料，从而在所述光吸收材料与所述功能材料之间的界面处生成气体以将所述功能材料从所述多个孔释放到接收基底上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在基底上沉积功能材料的方法，所述方法包含：提供具有第一表面和第二表面的板，其中用光散射层涂布所述第一表面，且所述第二表面含有多个被光吸收材料涂布的孔；用功能材料填充所述多个孔；和用脉冲光照射所述板以加热所述光吸收材料，从而在所述光吸收材料与所述功能材料之间的界面处生成气体以将所述功能材料从所述多个孔释放到接收基底上。2.权利要求1的方法，其中所述板是光学透明的。3.权利要求1的方法，其中所述多个孔的深度为10nm至1,000μm。4.权利要求1的方法，其中所述光吸收材料是钨。5.权利要求1的方法，其中所述脉冲光源是闪光灯。6.权利要求1的方法，其中所述脉冲光源是激光器。7.权利要求1的方法，其中所述脉冲光的强度大于10KW/cm2。8.权利要求1的方法，其中所述方法进一步包括将所述第一表面粗糙化。9.权利要求1的方法，其中所述第二表面不是平面。10.权利要求1的方法，其中所述接收基...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·亨德里克斯，P·亚伯，E·克嫩，
申请(专利权)人：NCC纳诺责任有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US