1.1 印刷電子定義

首先，印刷電子本身是一個(gè)專有名詞。印刷電子的定義，簡(jiǎn)而言之即“印刷+電子”，是利用傳統(tǒng)印刷技術(shù)來制作電子器件或電路。傳統(tǒng)印刷技術(shù)就是我們所熟知的印刷報(bào)紙與雜志的技術(shù)。傳統(tǒng)印刷報(bào)紙的技術(shù)為什么可以用來印刷電子?我們印刷報(bào)紙或雜志用的是黑白或彩色油墨。如果把這些僅是表達(dá)顏色的油墨換成具有電子功能的油墨，印刷出來的圖形就具有了電子功能。

我們大量使用的各種電子設(shè)備中的集成電路芯片IC包括印刷電路板PCB(PrintedCircuit Board)都是通過復(fù)雜的光刻、顯影、刻蝕等一系列加工步驟實(shí)現(xiàn)的，例如圖表1(a)所示的工藝流程。圖表1(b)展示的是印刷加工的工藝流程。同樣是將一種功能材料在平面基底上制作成圖形結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)集成電路芯片的加工方法要經(jīng)過從鍍膜(a)到去膠(h)等8個(gè)步驟，而印刷加工則只需要兩步。印刷方法可以直接將功能材料以圖形化方式沉積到基底表面，只需要額外的燒結(jié)工藝，將墨水材料燒結(jié)成固體材料，就形成了與傳統(tǒng)工藝需要8步才能實(shí)現(xiàn)的同樣的圖形結(jié)構(gòu)。

(a)傳統(tǒng)平面微納米加工

(b)印刷加工

圖表1:傳統(tǒng)集成電路芯片加工與印刷加工的比較

印刷加工與我們現(xiàn)在已經(jīng)熟知的3D打印一樣，本質(zhì)上是一種增材制造技術(shù)。而圖表1(a) 中所示的傳統(tǒng)集成電路芯片加工或各種電子設(shè)備中常見的電路板制造技術(shù)，都是減材制造技術(shù)，即通過等離子刻蝕或酸液腐蝕將不需要的材料去除，形成功能材料的圖形結(jié)構(gòu)。印刷增材制造有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)不依賴基底材料的性質(zhì)。集成電路芯片只能在硅基半導(dǎo)體晶圓上制備，平板顯示中的液晶顯示屏只能在玻璃基板上制備。而印刷可以在任何材料表面沉積功能材料。這就使得在塑料、紙張、布料等大量低成本柔性材料表面制造電子器件與電路成為可能。所以，印刷電子與柔性電子密切相關(guān)。事實(shí)上，印刷是制備柔性電子的最佳技術(shù)。

(2)印刷可以大面積與批量化制造。傳統(tǒng)印刷技術(shù)已經(jīng)可以在數(shù)米寬的材料表面通過高速連續(xù)卷對(duì)卷方式印刷報(bào)紙或印染布匹。同樣方法也適用于印刷電子功能材料;集成電路芯片加工目前可以實(shí)現(xiàn)的最大晶圓尺寸只有300毫米直徑，而印刷電子器件可以在1米以上的面積上實(shí)現(xiàn)。

(3)印刷電子制造是低成本的。這種低成本來自于印刷設(shè)備的低成本，通常一臺(tái)設(shè)備就可以完成全部印刷制造環(huán)節(jié);來自于印刷材料的低成本，尤其是各種低成本塑料或紙張基底材料;來自于高速連續(xù)卷對(duì)卷批量化印刷導(dǎo)致的單個(gè)器件的低成本。

(4)印刷增材制造是綠色環(huán)保的。一方面增材制造本身減少了原材料浪費(fèi)，減少了因腐蝕而形成的污染排放;另一方面，印刷本身大多沒有高溫工藝環(huán)節(jié)，節(jié)省了能源，減少了碳排放。

(5)印刷制造中的噴墨打印方法具有數(shù)字化與個(gè)性化制造的特征。與3D打印的個(gè)性化制造特征一樣，噴墨印刷電子不需要模板，可以快速制造小批量個(gè)性化電子產(chǎn)品。

所以，大面積、柔性化、個(gè)性化、低成本、綠色環(huán)保是印刷電子制造區(qū)別于傳統(tǒng)電子制造的主要特征，也是印刷電子技術(shù)近年來蓬勃興起的重要原因。

1.2 印刷電子的起源與發(fā)展歷程

印刷本身是一個(gè)淵源悠久的技術(shù)，中國(guó)祖先在1000多年就發(fā)明了活字印刷術(shù)。上世紀(jì)70年代有機(jī)導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了有機(jī)電子學(xué)這一新學(xué)科領(lǐng)域?？茖W(xué)界對(duì)有機(jī)電子學(xué)感興趣，不僅僅是出于科學(xué)好奇心，更重要的是有機(jī)聚合物材料有可能制備成溶液態(tài)，最終有可能以印刷方式大批量、低成本地制造有機(jī)電子器件。所以，有機(jī)電子學(xué)發(fā)展早期即已經(jīng)有人開始將有機(jī)電子材料進(jìn)行溶液化處理并用于制作晶體管的嘗試，到2000年時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了全部用噴墨打印方法制備的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

有機(jī)電子學(xué)在一開始發(fā)展時(shí)就以能夠低成本印刷制造為最終目的。但有機(jī)電子學(xué)發(fā)展到今天，印刷仍沒有成為有機(jī)電子器件的主流制造技術(shù)。這主要是因?yàn)槿芤簯B(tài)有機(jī)電子材料(無論是小分子材料還是聚合物材料)的電荷遷移率(Charge Carrier Mobility，單位：cm2v-1s-1)總是不如真空蒸發(fā)的有機(jī)小分子材料，它們之間至少有一個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。以代表第三代新型顯示的有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode,簡(jiǎn)稱OLED)為例，目前主流OLED顯示面板的制造技術(shù)仍以真空蒸發(fā)有機(jī)小分子發(fā)光材料為主，印刷制造OLED顯示屏的技術(shù)開發(fā)剛剛開始。

印刷電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展得益于無機(jī)納米材料技術(shù)的發(fā)展與成熟，其歷史淵源只有10年左右時(shí)間。通過考察Web of Science數(shù)據(jù)庫中與印刷電子相關(guān)的論文發(fā)表年代可以發(fā)現(xiàn)(圖2)，以“印刷電子”(Printed Electronics)為關(guān)鍵詞的研究論文在2005年以后才逐年增加，2008年以后才有明顯增長(zhǎng)，并不是與有機(jī)電子(Organic Electronics)的發(fā)展同步。究其原因，印刷電子技術(shù)是伴隨著無機(jī)納米材料的應(yīng)用才開始大規(guī)模發(fā)展起來。

圖表2:印刷電子研究論文發(fā)表年代分布

(國(guó)際Web of Sciences統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))

2000年之后，全球性的納米技術(shù)研究形成熱潮，各種納米材料被發(fā)現(xiàn)、被創(chuàng)造出來。納米尺度的無機(jī)固體材料(納米粒子、納米線、納米管等)本身具有多種優(yōu)異的電子與光電性質(zhì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于有機(jī)電子材料。而且它們可以通過分散方式制成墨水或油墨，然后用傳統(tǒng)印刷方式制成圖案。納米材料本身的性質(zhì)賦予了這些印刷圖案結(jié)構(gòu)以電荷傳輸性能、介電性能或光電性能，從而形成各種半導(dǎo)體器件、光電與光伏器件。

利用印刷納米材料電子制備電子器件的標(biāo)志性事件是2008年美國(guó)Kovio公司宣布開發(fā)成功噴墨打印納米硅墨水制備的柔性射頻標(biāo)簽(RFID)，以及2009年韓國(guó)順天大學(xué)發(fā)表了通過卷對(duì)卷印刷制備基于碳納米管等無機(jī)納米材料墨水的RFID論文。盡管這些技術(shù)后來并沒有成功走向產(chǎn)業(yè)化，但它讓科技界與工業(yè)界看到，無機(jī)納米材料的確可以通過印刷集成為具有晶體管功能的電子器件。

以導(dǎo)電銀漿料為例，目前廣泛應(yīng)用于晶硅太陽能電池面電極的微米尺度銀漿需要400度以上高溫?zé)Y(jié)才能形成導(dǎo)電電極，而納米尺度的銀漿可以使燒結(jié)溫度降低到普通塑料甚至紙張能容忍的溫度，真正打開了印刷電子通向大面積、柔性化、低成本制備電子系統(tǒng)的大門。納米銀漿已大量用于印刷導(dǎo)電線路與電極，成為迄今為止應(yīng)用最廣泛并最成功的印刷電子材料。

印刷電子自2009年以來在國(guó)際上開始成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域，其標(biāo)志性事件是自2009年以后，國(guó)際上開始出現(xiàn)了以印刷電子為專題的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。例如，以歐洲地區(qū)參加人員為主的大面積有機(jī)印刷電子國(guó)際會(huì)議(Large-area Organic and Printed Electronics Conference, 縮寫LOPEC)于2009年首次在德國(guó)舉辦。此前歐洲只有與有機(jī)電子技術(shù)相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議。同是在2009年，以亞洲地區(qū)參加人員為主的首屆柔性印刷電子國(guó)際會(huì)議(InternationalConference on Flexible and Printed Electronics, 縮寫ICFPE)在韓國(guó)舉辦。這兩個(gè)代表性國(guó)際會(huì)議都首次將印刷電子列為會(huì)議核心議題。

2011年，塑料電子雜志 (+Plastic Electronics)專文介紹了納米材料在印刷電子技術(shù)中的應(yīng)用前景，文章的標(biāo)題就是《納米材料正成為印刷電子的代名詞(Nanomaterials are becoming synonymous with printed electronics)》。

2012年，由韓國(guó)倡導(dǎo)成立了國(guó)際印刷電子標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，成為國(guó)際電工委員會(huì)IEC下屬的一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)化制定組織(IEC-TC119)。

自2009年以來，多個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家包括歐盟委員會(huì)都開始了與印刷電子技術(shù)研發(fā)相關(guān)的政府研究計(jì)劃。例如，2009年英國(guó)成立了國(guó)家印刷電子中心;2010年韓國(guó)也建立了國(guó)家印刷電子中心。2011年日本成立了日本先進(jìn)印刷電子技術(shù)研究協(xié)會(huì)(JAPERA);2012年韓國(guó)啟動(dòng)國(guó)家印刷電子發(fā)展計(jì)劃，計(jì)劃在6年時(shí)間中投資1725億韓元(約合10億人民幣)，發(fā)展印刷電子全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)(Total solution)。同年，韓國(guó)也成立了國(guó)家印刷電子協(xié)會(huì)(KoPEA)。除了政府機(jī)構(gòu)的研究計(jì)劃外，科技界與工業(yè)界都開始將注意力轉(zhuǎn)向這一新興技術(shù)領(lǐng)域。

中國(guó)的印刷電子發(fā)展起步于2010年，其標(biāo)志性事件是，國(guó)內(nèi)第一個(gè)印刷電子技術(shù)研究中心于2010年在中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所宣告成立。同年7月，在蘇州舉辦了國(guó)內(nèi)首屆印刷電子技術(shù)研討會(huì)。2011年，由北京印刷學(xué)院牽頭，成立了中國(guó)印刷電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟;2012年，中國(guó)應(yīng)邀出席了在韓國(guó)首爾召開的國(guó)際印刷電子標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成立大會(huì)。中國(guó)印刷電子技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化活動(dòng)從此進(jìn)入國(guó)際視野。

2012年，由中科院蘇州納米所印刷電子中心團(tuán)隊(duì)撰寫的《印刷電子學(xué)：材料、技術(shù)及其應(yīng)用》專著由高教出版社出版,為在中國(guó)普及推廣印刷電子技術(shù)發(fā)揮了重要作用。

在國(guó)家層面，2013年由天津大學(xué)工程院士鄒竟教授領(lǐng)銜撰寫并向中國(guó)工程院提交了“中國(guó)印刷電子產(chǎn)業(yè)政策研究”的調(diào)研報(bào)告。2013年底，科技部高新技術(shù)中心組織了“西苑論壇”，召集國(guó)內(nèi)專家研討中國(guó)發(fā)展印刷電子的方案。2014年，由TCL研究院牽頭組織了三次研討會(huì)，研究中國(guó)發(fā)展印刷顯示技術(shù)的規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上形成了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“印刷顯示”專項(xiàng)指南，并于2015年發(fā)布。在2016年與2017年兩年中，共有10個(gè)印刷顯示項(xiàng)目得到科技部專項(xiàng)資金的支持。印刷顯示成為印刷電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面的突破口，得到國(guó)家的優(yōu)先支持。2018年4月廣州聚華印刷顯示公共技術(shù)平臺(tái)展示了噴墨打印的31英寸高清OLED顯示屏;2018年10月京東方建成8.5代印刷顯示試驗(yàn)線，并噴墨打印成功55英寸OLED顯示屏;2018年11月國(guó)家公布的37項(xiàng)變革性關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)指南中，印刷電子技術(shù)赫然在列。

自2010年開始的國(guó)內(nèi)印刷電子研討會(huì)至今已舉辦了七屆，參會(huì)人數(shù)由首屆只有20余人到2017年200余人參會(huì)。2014年，中國(guó)還首次主辦了第5屆國(guó)際柔性與印刷電子大會(huì)(ICFPE)。2018年，ICFPE國(guó)際會(huì)議再次回到中國(guó)，于9月25-28日在常州舉辦，參會(huì)人數(shù)超過800人。除了學(xué)術(shù)研討外，自2012年以來每年在上海還舉辦與產(chǎn)業(yè)相關(guān)的印刷電子產(chǎn)業(yè)論壇，以及其他多個(gè)相關(guān)會(huì)議。印刷電子技術(shù)與產(chǎn)業(yè)已在中國(guó)獲得廣泛關(guān)注。

1.3 印刷電子技術(shù)涵蓋領(lǐng)域

實(shí)現(xiàn)印刷電子產(chǎn)品主要涉及到5方面的技術(shù)：基底材料、可印刷電子材料、印刷設(shè)備、印刷工藝、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成，這5項(xiàng)技術(shù)缺一不可。其中基底材料與印刷設(shè)備基本是現(xiàn)有技術(shù)。由于印刷本身是增材制造，對(duì)基底材料沒有特殊要求?；撞牧系倪x擇主要取決于特定的產(chǎn)品形態(tài)。例如，柔性化、低成本要求等。印刷設(shè)備方面已經(jīng)有傳統(tǒng)印刷工業(yè)作為基礎(chǔ)。當(dāng)然，印刷電子與印刷報(bào)紙不同。印刷電子對(duì)設(shè)備有更高的要求，包括對(duì)各種電子墨水材料的兼容性、多層電子材料印刷的套印精度等。目前，國(guó)外許多傳統(tǒng)印刷與涂布設(shè)備制造廠商已經(jīng)開始關(guān)注印刷電子技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出一些印刷電子專用設(shè)備，包括噴墨打印、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、柔版轉(zhuǎn)印等設(shè)備。分辨率在1微米左右的靜電噴墨打印和5微米左右的凹版印刷都已有商品化設(shè)備。一些設(shè)備已開始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。以噴墨打印機(jī)為例，國(guó)外各種類型的噴墨打印系統(tǒng)都可以在國(guó)內(nèi)大學(xué)與科研單位見到。一些大型的價(jià)值上千萬人民幣的印刷系統(tǒng)也已經(jīng)有中國(guó)買家。中國(guó)本土印刷電子設(shè)備企業(yè)也開始成長(zhǎng)起來。包括深圳善營(yíng)公司、昆山海斯公司、江蘇漢印公司、蘇州銳發(fā)公司等國(guó)內(nèi)企業(yè)的印刷電子設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入或開始進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并向國(guó)際市場(chǎng)擴(kuò)張。

圖表3:印刷電子涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域

可印刷電子材料是印刷電子的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)印刷電子制造的前提是要有針對(duì)應(yīng)用需求的電子墨水材料。電子墨水分為有機(jī)與無機(jī)兩大類。有機(jī)電子材料的最大特點(diǎn)是分子可設(shè)計(jì)性。通過有機(jī)合成技術(shù)可以創(chuàng)造出不同的新型有機(jī)電子材料，不斷發(fā)現(xiàn)性能更好的材料。過去40年有機(jī)電子技術(shù)發(fā)展史也是不斷創(chuàng)造新材料，不斷提高有機(jī)電子材料性能的歷史。有機(jī)電子材料本身又分為聚合物材料與小分子材料。有機(jī)聚合物電子材料的特點(diǎn)是易于溶液化，可印刷性好，但電學(xué)性能不如小分子材料。而小分子材料恰好相反，電學(xué)性能勝過聚合物材料，但不易溶液化，更適于真空蒸發(fā)沉積。最近幾年，有機(jī)電子材料發(fā)展有了大幅度進(jìn)步，電荷遷移率與環(huán)境穩(wěn)定性都有明顯提高，這方面的研究已有大量論文發(fā)表，但距實(shí)際應(yīng)用要求仍有差距。

無機(jī)納米材料的可選擇種類則非常有限。將無機(jī)納米材料應(yīng)用于印刷電子的主要技術(shù)障礙是如何將它們墨水化。無機(jī)納米材料的通常形態(tài)是納米粒子、納米線、納米片或納米管等。制備無機(jī)納米材料墨水的主要途徑包括將納米粉體包覆表面活性劑并分散在溶液中，或者將其前驅(qū)體溶液印刷后再還原成本體納米材料。由于無機(jī)納米材料具有天然的優(yōu)異電學(xué)性能與環(huán)境穩(wěn)定性，基于無機(jī)納米材料的電子墨水更具有實(shí)用性，因而更先一步市場(chǎng)化。以納米銀導(dǎo)電墨水為例，國(guó)內(nèi)外已有眾多的公司推出種類繁多的基于納米銀粒子與納米銀線的商品導(dǎo)電墨水或漿料。印刷納米銀的電子電路也成為最常見的印刷電子應(yīng)用實(shí)例。

印刷的電子墨水必須轉(zhuǎn)化固體形態(tài)才能表現(xiàn)出應(yīng)有的電學(xué)性能。實(shí)現(xiàn)電子墨水向固體轉(zhuǎn)化的主要方法是燒結(jié)，主要技術(shù)手段是高溫烘烤燒結(jié)或光子輻照燒結(jié)。有機(jī)電子墨水一般不需要高溫?zé)Y(jié)，大多也不允許高溫處理。無機(jī)電子墨水則通常需要高溫?zé)Y(jié)。發(fā)展納米尺度的無機(jī)印刷電子材料的一個(gè)重要原因是把燒結(jié)溫度降下來。當(dāng)無機(jī)納米材料單體的尺度減小至100納米以下后，所制備的墨水材料的燒結(jié)溫度一般可以降到150°C以下，達(dá)到一般塑料基材可容許的溫度。另一種方法是光子燒結(jié)，可以在不提升基底材料溫度的條件下實(shí)現(xiàn)納米墨水材料的高溫?zé)Y(jié)。因?yàn)槟承┎ㄩL(zhǎng)的光子能量可以選擇性地被金屬納米材料吸收產(chǎn)生高溫，但對(duì)基底材料無吸收或吸收很少，避免了基底材料被高溫?fù)p傷。除了燒結(jié)工藝外，印刷工藝還包括基底表面處理工藝，包括表面親水或疏水處理，以增加墨水在基底表面的黏附力或減少墨水在基底表面的橫向擴(kuò)散。成功的印刷電子制造是印刷設(shè)備、印刷電子材料與印刷工藝相互匹配相互適應(yīng)的綜合作用結(jié)果。

印刷制造的電子系統(tǒng)在形態(tài)上和性能上都不同于傳統(tǒng)電子技術(shù)。最典型的例子是，印刷的晶體管不同于傳統(tǒng)集成電路芯片中的硅基晶體管，印刷制備的柔性電路不同傳統(tǒng)的PCB。因此，傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不再適用，傳統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)也需要改變。

1.4 印刷電子涵蓋的應(yīng)用領(lǐng)域

印刷電子可以在太多的領(lǐng)域發(fā)揮它的作用。圖表4概括了印刷電子技術(shù)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，該信息來源于國(guó)際有機(jī)電子協(xié)會(huì)(OE-A)在2015年發(fā)布的有機(jī)與印刷電子技術(shù)報(bào)告。由于印刷電子本身的大面積、柔性化與低成本特點(diǎn)，所創(chuàng)造的電子產(chǎn)品具備了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)所沒有的新形態(tài)、新特征。

例如，通過印刷可以直接將電子智能系統(tǒng)集成到包裝材料上，而不是目前這種單獨(dú)制造電子系統(tǒng)，然后通過貼片等方式添加到包裝材料上。這些電子智能系統(tǒng)包括物流信息、防偽信息，與使用者互動(dòng)的功能，或者增加可觀賞性、實(shí)現(xiàn)與其他同類產(chǎn)品差異化等。印刷智能包裝本身正在成為一個(gè)新產(chǎn)業(yè)。

再如汽車電子，傳統(tǒng)分立的汽車電子系統(tǒng)完全可以通過3D印刷電子技術(shù)(在3D結(jié)構(gòu)表面構(gòu)造電子系統(tǒng))與汽車結(jié)構(gòu)件形成一體。類似的還有其他各種潛在應(yīng)用，由此產(chǎn)生了多個(gè)新的電子技術(shù)門類，例如結(jié)構(gòu)電子技術(shù)(Structural electronics)和 模內(nèi)電子技術(shù)(In-Mould Electronics)。

傳統(tǒng)智能織物技術(shù)是將功能纖維編織到布料中。而新型電子漿料的開發(fā)可以直接在布料表面印刷形成電路，實(shí)現(xiàn)紡織電子功能，包括多種實(shí)用功能和時(shí)尚功能。

至于通過印刷實(shí)現(xiàn)的柔性O(shè)LED照明與柔性太陽能電池，這些技術(shù)早已開發(fā)多年，只是在等待市場(chǎng)時(shí)機(jī)。一旦爆發(fā)，將勢(shì)不可擋。

圖表4:印刷電子應(yīng)用領(lǐng)域

印刷電子另一個(gè)可預(yù)見的應(yīng)用爆發(fā)領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是“網(wǎng)”，更重要的是“物”。將“物”聯(lián)到“網(wǎng)”，需要海量的與“物”相連的傳感器。國(guó)外在2013年就已經(jīng)預(yù)測(cè)到在未來10年中要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，全球需要萬億個(gè)傳感器，進(jìn)入所謂“萬億傳感器社會(huì)”。這些萬億傳感器不可能完全依賴于硅基集成電路制造工藝實(shí)現(xiàn)。海量的處于價(jià)值鏈低端的“物”需要有與本身價(jià)值相匹配的傳感器，國(guó)外在2013年就已經(jīng)預(yù)測(cè)，印刷制造將成為實(shí)現(xiàn)萬億傳感器的重要途徑之一。基于印刷電子技術(shù)的傳感器具有天然的低成本屬性，可以將網(wǎng)連接到海量的低價(jià)值物端，實(shí)現(xiàn)諸如物流追蹤與溯源、防偽的智能包裝、冷鏈運(yùn)輸監(jiān)測(cè)、電子票證、電子標(biāo)識(shí)符顯示、建筑與機(jī)械結(jié)構(gòu)件疲勞與失效監(jiān)測(cè)、健康醫(yī)療監(jiān)測(cè)與檢測(cè)、機(jī)器人智能皮膚等眾多新應(yīng)用。

1.5 印刷電子涵蓋的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域

印刷本身是一種制造技術(shù)，可以運(yùn)用在許多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，正如3D打印可以用來造房子、制作飛機(jī)零件、打印人體器官，甚至做食品。印刷電子涵蓋的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域首先體現(xiàn)在產(chǎn)品端。上一節(jié)中已經(jīng)描述了眾多印刷電子的應(yīng)用領(lǐng)域。任何這些應(yīng)用只要有合適的產(chǎn)品與足夠大的市場(chǎng)，都可以形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)。以下通過一些實(shí)際例子來說明印刷電子可以催生的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

太陽能電池領(lǐng)域一直是印刷電子的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。眾所周知，傳統(tǒng)晶硅太陽能電池的表面柵電極是通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿制備的，這本身就是印刷電子的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。近年來隨著太陽能電池成本空間的壓縮，晶片厚度減薄，晶硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)界開始關(guān)注非接觸的噴墨打印柵電極技術(shù)。至于有機(jī)太陽能電池與最近幾年蓬勃發(fā)展的鈣鈦礦太陽能電池，更是以印刷制造技術(shù)作為降低成本的主要手段。

生物傳感器尤其是血糖試紙傳統(tǒng)上一直依賴印刷制造技術(shù)。唯印刷可以大批量低成本制造這些傳感器。全球血糖試紙的市場(chǎng)巨大，由此造就了印刷電子的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。除了血糖試紙外，其他多種基于塑料與紙基的生物傳感器也顯現(xiàn)了低成本印刷制造的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)英國(guó)IDTechEx公司的市場(chǎng)數(shù)據(jù)，2016年全球印刷傳感器的市場(chǎng)已達(dá)到65億美元。

隨著可溶液化的OLED材料的開發(fā)，印刷顯示正在形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)。日本JOLED公司經(jīng)過多年開發(fā)，于2018年推出的第一款印刷OLED顯示屏產(chǎn)品。中國(guó)在科技部印刷顯示重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持下，多個(gè)顯示面板龍頭企業(yè)也在投資建設(shè)印刷OLED顯示屏生產(chǎn)線，其中京東方已在合肥建成8.5代印刷顯示試驗(yàn)線，并成功噴墨打印制造出55英寸OLED電視面板。

印制電路版(PCB)產(chǎn)業(yè)可以通過采用真正的印刷增材制造技術(shù)創(chuàng)造傳統(tǒng)光刻腐蝕技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的新型產(chǎn)品，例如大面積柔性電路產(chǎn)品。由于印刷本身的分辨率限制與多層套印精度限制，印刷制備的導(dǎo)電電路還無法完全取代目前黃光制程制備的PCB，但在不需要多層電路，不需要超細(xì)電路，不需要大電流的應(yīng)用領(lǐng)域，印刷電子技術(shù)已經(jīng)在發(fā)揮重要作用。例如，觸摸屏的引線電路主要依賴絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于超小批量的PCB，通過噴墨打印實(shí)時(shí)制造比傳統(tǒng)黃光制程制造更有成本優(yōu)勢(shì)，而且周期短，可以隨時(shí)更改設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)腐蝕方法制備PCB以及RFID天線都存在腐蝕液排放的污染問題。盡管PCB與RFID天線制造企業(yè)在努力控制污染排放，但一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，污染源仍然存在，中國(guó)東南沿海各級(jí)地方政府早已明令禁止新建這類企業(yè)，并要求現(xiàn)有這類企業(yè)實(shí)現(xiàn)“零”排放。印刷增材制造則可以實(shí)現(xiàn)綠色制造，為這個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來新的生機(jī)。目前基于印刷納米銀的RFID天線已經(jīng)與刻蝕鋁天線在成本上具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。隨著納米銅漿技術(shù)的成熟，印刷納米銅的RFID天線在降低成本方面勝過刻蝕鋁天線。對(duì)于紙基電子標(biāo)簽應(yīng)用，傳統(tǒng)刻蝕鋁天線必須先做在塑料基底上，然后復(fù)合到紙基標(biāo)簽。印刷RFID天線可以直接印在紙基材料上，不需要通過復(fù)合環(huán)節(jié)，成本可以進(jìn)一步降低。

與印刷OLED、印刷太陽能電池，以及印刷晶體管等印刷電子技術(shù)相比，更接近產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)的是直接印刷導(dǎo)電或?qū)岵牧?，?chuàng)造大面積柔性化新產(chǎn)品。印刷(包括涂布)納米銀材料(銀納米粒子或銀納米線)已經(jīng)成為取代氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電材料制作大尺寸透明導(dǎo)電膜的首選技術(shù)。這種新型透明導(dǎo)電膜比ITO透明導(dǎo)電膜有更高的導(dǎo)電性與更好的柔性，已經(jīng)應(yīng)用于大尺寸觸摸屏產(chǎn)品。石墨烯材料的成功商業(yè)化應(yīng)用也是通過印刷石墨烯漿料實(shí)現(xiàn)的，包括印刷石墨烯的各種加熱與散熱產(chǎn)品。

印刷電子創(chuàng)造的每一種產(chǎn)品都可以造就一個(gè)產(chǎn)業(yè)，而輔助這些產(chǎn)業(yè)的是印刷電子產(chǎn)業(yè)鏈的上游端，即材料與設(shè)備。事實(shí)上，導(dǎo)電銀漿本身已經(jīng)是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)。根據(jù)英國(guó)IDTechEx公司的市場(chǎng)數(shù)據(jù)，2016年全球?qū)щ娔?Conductive ink)的市場(chǎng)已達(dá)到13億美元。印刷電子專用設(shè)備也已形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)，這些設(shè)備包括噴墨打印設(shè)備，卷對(duì)卷連續(xù)印刷設(shè)備，用于導(dǎo)電漿料燒結(jié)的光子燒結(jié)設(shè)備等。國(guó)內(nèi)外都已出現(xiàn)專門提供這些設(shè)備的供應(yīng)商。隨著各種印刷電子產(chǎn)品市場(chǎng)的擴(kuò)張，這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈將越來越成熟完善。