弘揚(yáng)中華民族發(fā)明精神，再創(chuàng)印刷電子世界輝煌

劉云圻

（中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京100190）

弘揚(yáng)中華民族發(fā)明精神，再創(chuàng)印刷電子世界輝煌

劉云圻

（中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京100190）

劉云圻江蘇靖江人，中國科學(xué)院院士，分子材料與器件專家?，F(xiàn)為中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員。主要從事分子材料的設(shè)計(jì)、合成，包括π-共軛小分子、高分子和石墨烯；以及這些材料在光電子器件中的應(yīng)用，包括場效應(yīng)晶體管和分子器件等。

印刷電子是基于印刷原理制備的電子器件和產(chǎn)品。眾所周知，指南針、火藥、印刷術(shù)和造紙術(shù)是中國古代四大發(fā)明，它們對中國古代的政治、經(jīng)濟(jì)、文化的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用；這些發(fā)明經(jīng)由各種途徑傳至西方，對世界文明發(fā)展史也產(chǎn)生了很大影響。將印刷技術(shù)應(yīng)用于電子產(chǎn)品的制造，開拓印刷電子的新時(shí)代，是古代文明和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的完美融合，給炎皇子孫提供了一次得天獨(dú)厚的機(jī)遇。

以硅為半導(dǎo)體材料、光刻技術(shù)為主體加工技術(shù)、固體理論為基本理論框架的微電子，對發(fā)展經(jīng)濟(jì)、鞏固國防、改善人們生活做出了巨大貢獻(xiàn)，在20世紀(jì)的半個(gè)多世紀(jì)中一直占據(jù)電子技術(shù)的主導(dǎo)地位。但由于硅基半導(dǎo)體材料品種少、集成技術(shù)對環(huán)境要求高、設(shè)備昂貴、投資巨大、缺乏柔性等原因，限制了微電子的進(jìn)一步發(fā)展和多方面的應(yīng)用。針對這些科學(xué)和技術(shù)問題，在過去的20多年中，基于π-共軛的有機(jī)小分子和高分子半導(dǎo)體材料的電子器件，利用溶液法加工技術(shù)，包括甩膜、印刷、打印和卷對卷等技術(shù)制備電子器件的研究和產(chǎn)業(yè)化取得了巨大的進(jìn)展和成功。與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體材料不同，這些π-共軛的分子材料是通過分子間弱相互作用，如氫鍵、范德瓦耳斯力、π-π作用等形成的一類材料，它們一般都能找到適當(dāng)?shù)娜軇┒芙?。因此溶液法加工技術(shù)是這類材料的一個(gè)本征特點(diǎn)。同時(shí)，這類材料由于分子間作用力比較小，容易被拉伸或壓縮，天然地賦予了柔性的特點(diǎn)。另外，這些材料還具有成本低、種類多、可以通過分子設(shè)計(jì)來調(diào)控性能等優(yōu)點(diǎn)。

印刷電子技術(shù)目前還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，但已顯現(xiàn)巨大的市場規(guī)模和很大的發(fā)展?jié)摿ΑｉT從事市場調(diào)研的IDTechEx公司最近公布了它們的調(diào)研報(bào)告，有機(jī)和印刷電子器件相關(guān)產(chǎn)業(yè)2017年市場總規(guī)模為481.8億美元；2027年預(yù)測為3003億美元，其中有機(jī)場效應(yīng)晶體管占15%，有機(jī)發(fā)光二極管占14%，有機(jī)太陽能電池占8%的份額。

中國在分子材料的研究方面基本與世界同步，近幾年取得了一系列進(jìn)展和突破。例如，高遷移率分子體系在國際上初步形成了集群優(yōu)勢，目前在國際上遷移率超過1.0 cm2·V-1·s-1的50余種π-分子半導(dǎo)體中，近1/3來自中國研究團(tuán)隊(duì)，多種功能材料體系的性能為同類型材料的最高水平。值得一提的是分子材料的遷移率已經(jīng)超過無定形硅，與多晶硅相當(dāng)。但在溶液法加工技術(shù)、器件的集成技術(shù)和電路的功能及產(chǎn)業(yè)化等方面，與世界先進(jìn)水平相比還有一定的差距。

在這樣的背景下，《科技導(dǎo)報(bào)》組織了柔性與印刷電子專題，邀請的作者既有本領(lǐng)域國內(nèi)外的著名專家，又有近幾年嶄露頭角的青年才俊，他（她）們?nèi)抗ぷ髟诳蒲?、教育、公司的第一線，從事本研究和研發(fā)工作多年，基礎(chǔ)理論扎實(shí)，經(jīng)驗(yàn)豐富，成果卓越，分別從材料、油墨、有機(jī)場效應(yīng)晶體管、紙電池、超級電容器、發(fā)光二極管和3D打印等方面總結(jié)介紹了最新研究進(jìn)展、存在問題和發(fā)展趨勢，相信他（她）們的論文一定會(huì)幫助廣大科技工作者把握柔性與印刷電子的發(fā)展動(dòng)態(tài)，促進(jìn)原始創(chuàng)新能力的提升，推進(jìn)研究、研發(fā)和市場化的快速發(fā)展，為中國柔性與印刷電子的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

雖然印刷電子已經(jīng)取得了巨大的成功，但仍然存在許多科學(xué)和技術(shù)問題亟需解決。1）材料：綜合性能優(yōu)越，品種齊全（p-型、n-型、雙極性半導(dǎo)體，介電，電極材料），理性設(shè)計(jì)、性能可調(diào)。2）墨水：流變性能，成膜動(dòng)力學(xué)，環(huán)境友好溶劑和正交溶劑的使用。3）技術(shù)：大面積印刷工藝，線條分辨率，重復(fù)性，穩(wěn)定性，集成技術(shù)，過孔工藝等關(guān)鍵技術(shù)。4）功能：顯示，能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存，信息存儲(chǔ)，傳感及相應(yīng)的產(chǎn)品。

我們的祖先發(fā)明了印刷術(shù)，這已是歷史。今天我們能否成功地把印刷術(shù)應(yīng)用于電子學(xué)，再鑄印刷電子學(xué)的輝煌，可能性固然存在，但要把可能變成現(xiàn)實(shí)，仍有漫長的路要走。從某種意義上說，這也是歷史賦予中華兒女的機(jī)遇與責(zé)任。

——摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2017年第17期