论文标题：Screen Printing for Energy Storage and Functional Electronics: A Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-3978/6/2/7

期刊名：Electronic Materials

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/electronicmat

研究背景

随着柔性电子技术的迅猛发展，传统制造工艺已难以满足低成本、高效率生产可弯曲、便携式电子设备的需求。印刷电子技术凭借材料利用率高、工艺流程简化、可大面积生产等显著优势，成为应对这一挑战的理想解决方案。在众多印刷技术中，丝网印刷因其设备成本低廉、工艺适应性强、墨水选择范围广泛等特点，在能源存储设备和功能电子器件制造领域展现出独特优势。本文系统回顾了丝网印刷技术在能源存储与功能电子器件领域的应用进展，深入分析了影响印刷质量的关键参数，探讨了先进墨水系统和基板工程的发展趋势，旨在为未来高性能柔性电子器件的制造提供全面的技术参考。

研究内容

丝网印刷作为一种成熟的印刷技术，其核心原理是通过网版、刮刀、墨水和基板的协同作用实现图案化沉积。印刷质量受多种因素影响，包括网目数、网线材料（如聚酯纤维、不锈钢）、墨水流变特性等。网目选择直接决定墨水转移量及可印刷的最大颗粒尺寸，而网版编织方式（如平纹编织和斜纹编织）则显著影响印刷强度、耐磨性和墨水分布均匀性。刮刀的硬度、形状、角度和速度作为关键参数，共同决定了墨水转移效率和印刷图案的分辨率。具体而言，圆形刮刀可提供更宽的接触线，适合厚层印刷需求；而矩形刮刀则能实现更精确的图案控制，适用于高分辨率应用场景。

墨水系统是丝网印刷技术的核心组成部分，其粘度、屈服应力、剪切响应和触变性等流变特性对印刷质量具有决定性影响。典型丝网印刷墨水由导电材料、粘结剂和溶剂组成，需通过精确配比以获得适宜的粘度范围（通常为100-100,000 mPa·s）。粘结剂如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）、聚碳酸酯（PC）、热塑性聚氨酯（TPU）和聚偏二氟乙烯（PVDF）对墨水的附着力和机械稳定性至关重要；而导电添加剂如炭黑、石墨和碳纳米管则主要用于提高墨水的电导率。近年来，环保型溶剂（如去离子水和生物基溶剂）的开发已成为行业趋势，旨在减少传统有机溶剂对环境和健康的潜在危害。

在材料创新方面，先进墨水系统的发展显著提升了丝网印刷器件的综合性能。碳同素异形体（石墨烯、碳纳米洋葱、碳纳米管、石墨）、银和铜纳米结构、MXene和功能氧化物等材料的协同应用，有效增强了印刷器件的机械鲁棒性、电导率和射频特性。与此同时，基板工程的进步，如聚酰亚胺、PET、TPU、纤维素和弹性体等新型基板材料的应用，充分展示了丝网印刷技术适应复杂几何形状的能力，为可穿戴设备、医疗电子和工业应用提供了有力支持。这些材料创新不仅显著提高了器件性能，还推动了环境友好型材料的选择与应用，如水性粘结剂和生物基溶剂的普及。

丝网印刷技术在能源存储和功能电子器件领域已取得显著进展。在能源存储方面，该技术已成功应用于超级电容器和电池的制造，通过优化电极结构和材料组成，实现了高面积容量和优异的循环稳定性。在功能电子器件方面，丝网印刷已被广泛用于制造传感器、天线和RFID标签等，展现出卓越的图案保真度和灵活性。然而，该技术仍面临粘结剂降解、分层问题和厚层阻抗增加等挑战。通过系统分析过去二十年的发展历程，可以识别出关键工艺要素、常见挑战和新兴可持续实践，这些发现将指导未来丝网印刷材料和工艺的优化方向，助力实现高性能、可定制且环保的柔性电子器件。

图为丝网印刷电子技术的最新进展代表性案例，展示了材料、制造策略及功能集成在各类器件中的创新应用。

研究总结

丝网印刷技术凭借其独特的工艺优势和卓越的材料适应性，已成为柔性电子器件制造领域的关键方法。本文系统回顾了丝网印刷在能源存储与功能电子器件中的应用进展，深入分析了影响印刷质量的核心参数，包括网版设计、墨水流变特性和刮刀动力学等。研究表明，通过精准优化这些工艺参数，并结合先进墨水系统和基板工程技术，能够显著提升印刷器件的性能与可靠性。碳同素异形体、金属纳米结构和MXene等新型材料的创新应用，以及环保型溶剂和粘结剂的开发，为丝网印刷技术的可持续发展开辟了新方向。尽管该技术仍面临粘结剂降解、分层问题和厚层阻抗增加等挑战，但通过持续的材料创新和工艺优化，丝网印刷有望在未来柔性电子、可穿戴设备和物联网等领域发挥更为重要的作用。本文的研究成果为科研人员和工程师提供了宝贵的技术参考，有助于推动丝网印刷技术在下一代高性能柔性电子器件中的广泛应用。

Electronic Materials期刊介绍

主编：Prof. Dr. Wojciech Pisula, Max Planck Institute for Polymer Research, Germany; Lodz University of Technology, Poland

期刊领域涵盖基础科学、工程和电子材料的实际应用等方面内容。期刊主题包括但不限于：用于电子和微电子器件的电子材料，包括介电材料、半导体；材料的集成、生长和加工；集成电路器件、互联、绝缘体和场发射应用材料；电子材料建模，包括密度泛函理论方法、分子动力学等；以及电子材料的表征等。期刊目前已被Scopus、Ei Compendex、CNKI、DOAJ、EBSCO、OpenAIRE等数据库收录。