DE102013223569A1 - A method of making a homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating on a substrate and substrate having a homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen leitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes, CNT) haltigen Beschichtung auf einem Substrat. Dabei wird eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte zumindest bereichsweise auf die Oberfläche des Substrates aufgetragen und das Substrat mit aufgetragener Tinte unmittelbar nach dem 10 Auftragen der Tinte einer Trocknung bei gegenüber Raumtemperaturen er-höhten Temperaturen unterzogen. Die Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte besteht dabei aus Wasser, n-Propanol, Kohlenstoffnanoröhrchen und optional Ethylenglycol. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Substrate mit homogener leitfähiger Kohlenstoffnanoröhrchen haltiger Beschichtung sowie 15 organische Halbleiterelemente, die ein solches Substrat enthalten. Die Beschichtung ist dabei frei von Tensiden, Bindemitteln und Polymeren. Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des erfindungs-gemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Leiterstrukturen auf Substraten.The present invention relates to a method for producing a homogeneous conductive carbon nanotubes (CNT) -containing coating on a substrate. In this case, a carbon nanotube ink is at least partially applied to the surface of the substrate and the substrate with applied ink immediately after the application of the ink is subjected to a drying at elevated temperatures relative to room temperatures. The carbon nanotube ink consists of water, n-propanol, carbon nanotubes and optionally ethylene glycol. In addition, the present invention relates to substrates with homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating and 15 organic semiconductor elements containing such a substrate. The coating is free of surfactants, binders and polymers. Furthermore, the present invention also relates to the use of the inventive method for producing carbon nanotube-containing conductor structures on substrates.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen leitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes, CNT) haltigen Beschichtung auf einem Substrat. Dabei wird eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte zumindest bereichsweise auf die Oberfläche des Substrates aufgetragen und das Substrat mit aufgetragener Tinte unmittelbar nach dem Auftragen der Tinte einer Trocknung bei gegenüber Raumtemperaturen erhöhten Temperaturen unterzogen. Die Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte besteht dabei aus Wasser, n-Propanol, Kohlenstoffnanoröhrchen und optional Ethylenglycol. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Substrate mit homogener leitfähiger Kohlenstoffnanoröhrchen haltiger Beschichtung sowie organische Halbleiterelemente, die ein solches Substrat enthalten. Die Beschichtung ist dabei frei von Tensiden, Bindemitteln und Polymeren. Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Leiterstrukturen auf Substraten. The present invention relates to a method for producing a homogeneous conductive carbon nanotubes (CNT) -containing coating on a substrate. In this case, a carbon nanotube ink is at least partially applied to the surface of the substrate and subjected to the substrate with ink applied immediately after the application of the ink drying at room temperatures elevated temperatures. The carbon nanotube ink consists of water, n-propanol, carbon nanotubes and optionally ethylene glycol. Moreover, the present invention relates to substrates with homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating and organic semiconductor elements containing such a substrate. The coating is free of surfactants, binders and polymers. Furthermore, the present invention also relates to the use of the method according to the invention for producing carbon nanotube-containing conductor structures on substrates.

Viele industriell gefertigte elektronische Geräte wie Flachbildfernseher, Smartphones, Touchscreens, organische Leuchtdioden (OLED) oder organische Solarzellen (OCS) benötigen transparente Elektroden. Heutzutage wird hierfür in der Regel Indium-Zinn-Oxid (ITO) eingesetzt, welches allerdings sehr teuer und relativ zerbrechlich ist. Innerhalb der letzten zehn Jahre ist der Preis für Indium um mehr als 700 % gestiegen ( Rathmell et al., Advanced Materials 22, 3558 (2010) ). Es besteht also ein Bedarf nach Materialien für transparente Elektroden als Alternative für das gebräuchliche ITO. Aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer elektrooptischen Eigenschaften gepaart mit ihrer mechanischen Stabilität kommen als Material für transparente Elektroden auch Kohlenstoffnanoröhrchen in Frage. Many industrially manufactured electronic devices such as flat screen televisions, smartphones, touchscreens, organic light emitting diodes (OLEDs) or organic solar cells (OCS) require transparent electrodes. Indium Tin Oxide (ITO) is generally used today, but it is very expensive and relatively fragile. Within the last ten years, the price of indium has risen more than 700% ( Rathmell et al., Advanced Materials 22, 3558 (2010) ). Thus, there is a need for materials for transparent electrodes as an alternative to the common ITO. Due to their low cost and their electro-optical properties paired with their mechanical stability come as a material for transparent electrodes and carbon nanotubes in question.

Kohlenstoffnanoröhrchen können aus der Lösung auf einfache Weise auf einem transparenten Plastikfilm abgeschieden werden und bilden so eine transparente leitfähige Beschichtung. Hierbei können diverse Drucktechniken wie Slot Die Coating, Siebdruck oder Tintenstrahldruck verwendet werden. Carbon nanotubes can be easily deposited from the solution onto a transparent plastic film to form a transparent conductive coating. Here, various printing techniques such as slot die coating, screen printing or inkjet printing can be used.

Bekanntermaßen können reine Kohlenstoffnanoröhrchen nicht in Wasser oder gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln gelöst werden. Als eine Möglichkeit, um dennoch die Löslichkeit von Kohlenstoffnanoröhrchen zu erreichen, können diese mit amphiphilen Molekülen als Netzmittel versehen werden ( B. Dan et al., ACS Nano 3, 835 (2009) ). Tenside oder Polymere als Dispersionsmittel in Lösungen von Kohlenstoffnanoröhrchen werden z.B. in EP 1 914 781 A2 und WO 2011/109121 eingesetzt. Diese amphiphilen Moleküle müssen allerdings nach dem Druck wieder entfernt werden, da sie ansonsten die elektrische Leitfähigkeit des Carbon-Nanotube-Netzwerks behindern würden. Ein Entfernen der amphiphilen Moleküle ist entweder durch Ausheizen bei hohen Temperaturen über 200 °C oder durch chemische Behandlung möglich ( D. Hecht et al., Advanced Materials 23, 1482 (2011) ). Bei der Verwendung von Substraten aus Kunststoff sind solche Verfahren zur Entfernung allerdings ungeeignet, da die Kunststoffsubstrate nur eine geringe thermische Stabilität aufweisen. As is known, pure carbon nanotubes can not be dissolved in water or ordinary organic solvents. As a way to still achieve the solubility of carbon nanotubes, they can be provided with amphiphilic molecules as wetting agents ( Dan et al., ACS Nano 3, 835 (2009) ). Surfactants or polymers as dispersants in solutions of carbon nanotubes are described, for example, in US Pat EP 1 914 781 A2 and WO 2011/109121 used. However, these amphiphilic molecules must be removed after printing, otherwise they would hinder the electrical conductivity of the carbon nanotube network. Removal of the amphiphilic molecules is possible either by baking at high temperatures above 200 ° C or by chemical treatment ( D. Hecht et al., Advanced Materials 23, 1482 (2011) ). When using substrates made of plastic, however, such removal methods are unsuitable, since the plastic substrates have only a low thermal stability.

Zwar gibt es einige auf Wasser basierende Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinten, doch haben diese alle das Problem der ziemlich hohen Oberflächenspannung des Wassers (70 mN/m), was zu einer unzureichenden Benetzung der Tinte und somit zu Problemen bei der Beschichtung auf das Substrat führt. Um die Benetzungsfähigkeit der Tinte auf dem Substrat zu erhöhen, können die Substrate chemisch behandelt werden ( C. Wang et al., Nano Letters 9, 4285 (2009) ). Durch eine solche chemische Behandlung entstehen allerdings funktionelle Gruppen auf dem Substrat, was wiederum Nachteile mit sich bringt. Zum Einen verursachen funktionelle Gruppen Defekte, welche die Leitfähigkeit der Schichten drastisch reduzieren können. Zum Anderen wird das Produktionsverfahren dadurch noch teurer und komplizierter. Alternativ können zur Erhöhung der Benetzungsfähigkeit der Tinte organische Lösungsmittel mit niedriger Oberflächenspannung zugefügt werden. Gewöhnliche organische Zusatzlösungsmittel wie Isopropanol, Ethanol oder andere Alkohole weisen allerdings deutlich niedrigere Siedepunkte als Wasser auf und führen daher zu weiteren Problemen. Nachdem das Substrat mit der Dispersion benetzt ist, beobachtet man nämlich eine Phasentrennung zwischen Wasser und dem Zusatzlösungsmittel. Außerdem tritt eine inhomogene Verdampfung auf, welche zu Entnetzungseffekten führt. Dadurch entstehen letztlich inhomogene Schichten mit Defekten, die eine reduzierte Leitfähigkeit aufweisen. While there are some water-based carbon nanotube inks, these all have the problem of the fairly high surface tension of the water (70 mN / m), resulting in insufficient wetting of the ink and thus problems in coating the substrate. In order to increase the wettability of the ink on the substrate, the substrates can be chemically treated ( C. Wang et al., Nano Letters 9, 4285 (2009) ). By such a chemical treatment, however, functional groups are formed on the substrate, which in turn brings disadvantages. On the one hand, functional groups cause defects that can drastically reduce the conductivity of the layers. On the other hand, the production process becomes even more expensive and complicated. Alternatively, to increase the wettability of the ink, low surface tension organic solvents may be added. However, common organic solvents such as isopropanol, ethanol or other alcohols have significantly lower boiling points than water and therefore lead to further problems. Namely, after the substrate is wetted with the dispersion, a phase separation between water and the additional solvent is observed. In addition, an inhomogeneous evaporation occurs, which leads to Entnetztseffekten. This ultimately results in inhomogeneous layers with defects that have a reduced conductivity.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen leitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Beschichtung auf einem Substrat unter Verwendung von Druckmethoden anzugeben, bei dem gewährleistet ist, dass die Kohlenstoffnanoröhrchen homogen und stabil in der verwendeten Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte dispergiert sind, die verwendete Tinte eine gute Benetzungsfähigkeit auf dem Substrat aufweist und das Trocknen der beschichteten Substrate bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann, um eine Zersetzung von Plastiksubstraten zu vermeiden. Zudem war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Substrat mit homogener leitfähiger Beschichtung anzugeben, wobei die Beschichtung frei von Tensiden, Bindemitteln und Polymeren ist. Ferner war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein organisches Halbleiterelement, welches ein solches beschichtetes Substrat enthält anzugeben. Zuletzt war es Aufgabe der Erfindung Verwendungszwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben. Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a method for producing a homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating on a substrate using printing methods, wherein it is ensured that the carbon nanotubes homogeneous and stable in the carbon nanotube ink used are dispersed, the ink used has a good wetting ability on the substrate and the drying of the coated substrates can be carried out at comparatively low temperatures to avoid decomposition of plastic substrates. In addition, it was an object of the present invention to provide a substrate having a homogeneous conductive coating, wherein the coating free of surfactants, binders and polymers is. Furthermore, it was an object of the present invention to provide an organic semiconductor element containing such a coated substrate. The last object of the invention was to specify uses of the method according to the invention.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich des Substrates mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11, bezüglich des organischen Halbleiterelementes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14, sowie bezüglich der Verwendungszwecke mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar. This object is achieved with respect to the method with the features of claim 1, with respect to the substrate having the features of claim 11, with respect to the organic semiconductor element having the features of claim 14, and with respect to the uses with the features of claim 17. The respective dependent claims are advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen leitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Beschichtung auf einem Substrat angegeben. Dabei wird eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte zumindest bereichsweise auf die Oberfläche des Substrates aufgetragen und das Substrat mit aufgetragener Tinte unmittelbar nach dem Auftragen der Tinte einer Trocknung bei gegenüber Raumtemperaturen erhöhten Temperaturen unterzogen. Die Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte besteht dabei aus Wasser, n-Propanol, Kohlenstoffnanoröhrchen und optional Ethylenglycol. The invention thus provides a method for producing a homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating on a substrate. In this case, a carbon nanotube ink is at least partially applied to the surface of the substrate and subjected to the substrate with ink applied immediately after the application of the ink drying at room temperatures elevated temperatures. The carbon nanotube ink consists of water, n-propanol, carbon nanotubes and optionally ethylene glycol.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in der verwendeten Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte n-Propanol als Zusatzlösungsmittel eingesetzt wird, die Tinte neben Wasser, n-Propanol, Kohlenstoffnanoröhrchen und optional Ethylenglycol keine weiteren Bestandteile enthält und das Substrat mit aufgetragener Tinte unmittelbar nach dem Auftragen der Tinte einer Trocknung bei gegenüber Raumtemperaturen erhöhten Temperaturen unterzogen wird. The method according to the invention is characterized in that in the carbon nanotube ink used, n-propanol is used as additional solvent, the ink contains no further components apart from water, n-propanol, carbon nanotubes and optionally ethylene glycol and the substrate with applied ink immediately after application The ink is subjected to drying at elevated temperatures relative to room temperatures.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch die Verwendung des beanspruchten Verfahrens gleich mehrere Vorteile gegenüber den Verfahren des bisherigen Stands der Technik erzielt werden können. According to the invention, it has been recognized that by using the claimed method, several advantages compared to the prior art methods can be achieved.

Zunächst verbessert das verwendete n-Propanol sehr stark die Löslichkeit der Kohlenstoffnanoröhrchen in Wasser, bevor sich Aggregate bilden, wodurch eine homogene stabile Lösung von Kohlenstoffnanoröhrchen erhalten werden kann. Außerdem führt die Verwendung des n-Propanols zu einer verbesserten Benetzungsfähigkeit der Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte auf dem Substrat. Die Zusammensetzung der erfindungsgemäß verwendete Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte ist dabei für die Verwendung in Druckverfahren aus der Lösung („Solution-Processing-Methoden“) optimiert und ermöglicht so die Herstellung homogener, leitfähiger Schichten aus Kohlenstoffnanoröhrchen. First, the n-propanol used greatly enhances the solubility of the carbon nanotubes in water before aggregates form, whereby a homogeneous stable solution of carbon nanotubes can be obtained. In addition, the use of the n-propanol results in improved wettability of the carbon nanotube ink on the substrate. The composition of the carbon nanotube ink used according to the invention is optimized for use in solution printing processes ("solution processing methods") and thus enables the production of homogeneous, conductive layers of carbon nanotubes.

Dadurch, dass das Substrat unmittelbar nach dem Auftragen der Tinte einer Trocknung unterzogen wird, kann erreicht werden, dass der Verdampfungsprozess der Lösungsmittel der Tinte ohne Phasenseparation stattfindet. Inhomogenitäten in der Kohlenstoffnanoröhrchen Schicht, die aufgrund einer solchen Phasenbildung entstehen und zu Defekten und mangelnder Leitfähigkeit der Schicht führen, werden so verhindert. Für eine gleichmäßige Verdampfung der verwendeten Lösungsmittel Wasser und n-Propanol ist es dabei auch von entscheidendem Vorteil, dass beide Lösungsmittel einen sehr ähnlichen Siedepunkt (100 °C und 98 °C) aufweisen. Es findet somit eine relativ gleichmäßige Verdampfung der Lösungsmittel statt, was ebenfalls einer Phasenseparation sowie Inhomogenitäten entgegenwirkt. By subjecting the substrate to drying immediately after the application of the ink, the evaporation process of the solvents of the ink without phase separation can be achieved. Inhomogeneities in the carbon nanotube layer, which arise as a result of such phase formation and lead to defects and a lack of conductivity of the layer, are thus prevented. For a uniform evaporation of the solvents used water and n-propanol, it is also of crucial advantage that both solvents have a very similar boiling point (100 ° C and 98 ° C). It thus takes place a relatively uniform evaporation of the solvent, which also counteracts a phase separation and inhomogeneities.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass auf die Verwendung von hohen Temperaturen (> 200 °C) bei der Trocknung der beschichteten Substrate verzichtet werden kann, da die zu verdampfenden Bestandteile der Lösung Wasser und n-Propanol vergleichsweise niedrige Siedepunkte aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher vor allem auch zur Beschichtung von Kunststoffsubstraten, die bei einer Trocknung bei hohen Temperaturen (> 200 °C) zersetzt werden würden. Es ist somit vor allem entscheidend, dass die erfindungsgemäß verwendete Tinte keine weiteren Bestandteile wie Tenside, Bindemittel und Polymere enthält, welche höhere Siedepunkte aufweisen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei gerade, dass auf solche Bestandteile in der verwendeten Tinte verzichtet werden kann. Another advantage of the method according to the invention is that it is possible to dispense with the use of high temperatures (> 200 ° C.) in the drying of the coated substrates, since the constituents of the solution to be evaporated have water and n-propanol have comparatively low boiling points. The method according to the invention is therefore above all also suitable for coating plastic substrates which would be decomposed during drying at high temperatures (> 200 ° C.). It is thus above all decisive that the ink used according to the invention contains no further constituents, such as surfactants, binders and polymers, which have higher boiling points. An advantage of the method according to the invention is precisely that it is possible to dispense with such constituents in the ink used.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird eingesetzt, um homogene leitfähige Kohlenstoffnanoröhrchen haltige Beschichtungen auf Substraten herzustellen. Diese Beschichtungen sind dabei frei von jeglichen Tensiden, Bindemitteln und Polymeren. Insbesondere können durch das erfindungsgemäße Verfahren Kohlenstoffnanoröhrchen Schichten auf Substraten hergestellt werden, die außer Kohlenstoffnanoröhrchen keine weiteren Bestandteile enthalten. The inventive method is used to produce homogeneous conductive carbon nanotube-containing coatings on substrates. These coatings are free from any surfactants, binders and polymers. In particular, by the method according to the invention, carbon nanotubes can be produced on substrates which contain no further constituents other than carbon nanotubes.

Die erfindungsgemäß verwendete Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte wird aus Kohlenstoffnanoröhrchen, Wasser, n-Propanol und optional Ethylenglycol hergestellt. Auf Tenside, Bindemittel, Polymere oder Ähnliches wird verzichtet. Zuerst werden die Kohlenstoffnanoröhrchen in Wasser dispergiert, dann wird eine entsprechende Menge n-Propanol hinzugegeben und das Gemisch in ein Ultraschallbad getan. The carbon nanotube ink used in the invention is made from carbon nanotubes, water, n-propanol, and optionally ethylene glycol. Surfactants, binders, polymers or the like are dispensed with. First, the carbon nanotubes are dispersed in water, then an appropriate amount of n-propanol is added and the mixture is placed in an ultrasonic bath.

Erfindungsgemäß kann Ethylenglycol optional eingesetzt werden. Dadurch kann die Benetzungsfähigkeit der Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte weiter erhöht werden. Ethylenglycol wird bevorzugt bei der Verwendung von Substraten aus Kunststoff eingesetzt. In the present invention, ethylene glycol can be optionally used. Thereby, the wettability of the carbon nanotube ink can be further increased. Ethylene glycol is preferably used when using plastic substrates.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auftragen der Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte mittels Schablonendruckverfahren, Slot Die Coating, Rod Meyers Coating, Drop Casting und/oder Siebdruckverfahren. In a preferred variant of the method according to the invention, the application of the carbon nanotube ink is effected by means of stencil printing, slot die coating, rod meyers coating, drop casting and / or screen printing processes.

Weiterhin ist bevorzugt, dass das Auftragen der Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte mittels Schablonendruckverfahren erfolgt, die Trocknung des Substrates mit Schablone durchgeführt und im Anschluss an die Trocknung die Schablone entfernt wird, wobei zum Auftragen der Tinte mittels Schablonendruckverfahren eine Schablone mit einer Schichtdicke von 1 bis 200 µm auf das Substrat aufgebracht, die Tinte in die Aussparungen der Schablone eingebracht und überschüssige Tinte durch Rakeln entfernt wird. It is furthermore preferred that the application of the carbon nanotube ink takes place by means of stencil printing, that the substrate is dried with a stencil and the stencil is removed after the drying, wherein a stencil with a layer thickness of 1 to 200 μm is used to apply the ink by means of stencil printing applied to the substrate, the ink is introduced into the recesses of the template and excess ink is removed by doctoring.

Im Weiteren ist bevorzugt, dass die Schablone aus dem gleichen Material wie das Substrat besteht und zusätzlich eine Silikonschicht aufweist. Zur Herstellung der Schablone wird ein Rechteck in eine separate Schicht des Substratmaterials selbst definierter Dicke eingeschnitten. Die Dicke variiert man dabei durch Aufbringen einer Silikonschicht auf eine Seite der Schablone mittels Slot-Die-Verfahren. Die Schablone wird dann auf das eigentliche Substrat mit der Silikonseite gelegt. Furthermore, it is preferred that the template consists of the same material as the substrate and additionally has a silicone layer. To produce the template, a rectangle is cut into a separate layer of the substrate material itself defined thickness. The thickness is varied by applying a silicone layer on one side of the template by means of slot die methods. The template is then placed on the actual substrate with the silicone side.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Tinte in einer Schichtdicke von 1 bis 200 µm aufgetragen. In a further preferred variant of the method according to the invention, the ink is applied in a layer thickness of 1 to 200 μm.

Weiterhin ist bevorzugt, dass die Trocknung über einen Zeitraum von 30 Sekunden bis 12 Stunden, bevorzugt 1 Minute bis 1 Stunde, besonders bevorzugt 4 bis 6 Minuten, und/oder bei Temperaturen von 50 °C bis 180 °C, bevorzugt 75 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt 90 °C bis 100 °C, durchgeführt wird. It is further preferred that the drying over a period of 30 seconds to 12 hours, preferably 1 minute to 1 hour, more preferably 4 to 6 minutes, and / or at temperatures of 50 ° C to 180 ° C, preferably 75 ° C to 150 ° C, more preferably 90 ° C to 100 ° C, is performed.

Im Weiteren ist bevorzugt, dass die Trocknung unter Schockheizen durchgeführt wird. Furthermore, it is preferred that the drying is carried out under shock heating.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte aus
50 bis 99 Vol.-%, bevorzugt 50 Vol.-%, Wasser,
1 bis 50 Vol.-%, bevorzugt 50 Vol.-%, n-Propanol,
optional 5 bis 10 Vol.-% Ethylenglycol
bezogen auf die flüssige Phase, sowie darin dispergiert Kohlenstoffnanoröhrchen in einer Konzentration von 0,1 bis 4 mg/ml, bevorzugt 2 mg/ml. In a further preferred variant of the method according to the invention, the carbon nanotube ink consists of
From 50 to 99% by volume, preferably 50% by volume, of water,
From 1 to 50% by volume, preferably 50% by volume, n-propanol,
optionally 5 to 10% by volume of ethylene glycol
based on the liquid phase, and therein dispersed carbon nanotubes in a concentration of 0.1 to 4 mg / ml, preferably 2 mg / ml.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Kohlenstoffnanoröhrchen verwendet, die modifiziert, bevorzugt mit Carboxylgruppen und/oder Sulfonatgruppen modifiziert, und mehrwandig sind. In a further preferred variant of the method according to the invention carbon nanotubes are used which are modified, preferably modified with carboxyl groups and / or sulfonate groups, and are multi-walled.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Substrat verwendet, das transparent und/oder flexibel ist und/oder aus Glas, Keramik oder Kunststoff, bevorzugt aus Polyethylen oder Polyethylenterephthalat (PET), besteht. Die Transparenz beträgt dabei über 80 % im Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 nm. In a further preferred variant of the method according to the invention, a substrate is used which is transparent and / or flexible and / or consists of glass, ceramic or plastic, preferably polyethylene or polyethylene terephthalate (PET). The transparency is over 80% in the wavelength range of 400 to 1000 nm.

Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein Substrat mit homogener leitfähiger Kohlenstoffnanoröhrchen haltiger Beschichtung, wobei die Beschichtung frei von Tensiden, Bindemitteln und Polymeren ist. The present invention also includes a substrate having a homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating, which coating is free of surfactants, binders, and polymers.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Substrates ist dieses transparent und/oder flexibel und/oder besteht aus Glas, Keramik oder Kunststoff, bevorzugt aus Polyethylen oder Polyethylenterephthalat. Die Transparenz beträgt dabei über 80 % im Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 nm. In a preferred embodiment of the substrate according to the invention, this is transparent and / or flexible and / or consists of glass, ceramic or plastic, preferably polyethylene or polyethylene terephthalate. The transparency is over 80% in the wavelength range of 400 to 1000 nm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kohlenstoffnanoröhrchen modifiziert, bevorzugt mit Carboxylgruppen und/oder Sulfonatgruppen modifiziert, und mehrwandig. In a further preferred embodiment, the carbon nanotubes are modified, preferably modified with carboxyl groups and / or sulfonate groups, and multi-walled.

Weiterhin ist bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Substrat gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist. Furthermore, it is preferred that the substrate according to the invention can be prepared according to the method of the invention.

Die vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Halbleiterelement, insbesondere ein organisches Halbleiterelement enthaltend ein erfindungsgemäßes Substrat, eine Schicht eines halbleitenden Polymers, die auf der Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Beschichtung des Substrates angeordnet ist und eine Deckelektrode, die auf der Schicht des halbleitenden Polymers angeordnet ist. The present invention also comprises a semiconductor element, in particular an organic semiconductor element comprising a substrate according to the invention, a layer of a semiconductive polymer which is arranged on the carbon nanotube-containing coating of the substrate and a cover electrode which is arranged on the layer of the semiconducting polymer.

Dabei ist es bevorzugt, dass die Deckelektrode aus einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallen, insbesondere Calcium und Silber besteht. It is preferred that the cover electrode consists of a metal selected from the group consisting of metals, in particular calcium and silver.

Weiterhin ist bevorzugt, dass das halbleitende Polymer Poly-(3,4)ethylendioxythiophen ist, welches bevorzugt mit Polystyrolsulfonat kombiniert ist. It is further preferred that the semiconductive polymer is poly (3,4) ethylenedioxythiophene, which is preferably combined with polystyrene sulfonate.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Leiterstrukturen auf Substraten. Furthermore, the present invention comprises the use of the method according to the invention for producing carbon nanotube-containing conductor structures on substrates.

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Claims (18)

Verfahren zur Herstellung einer homogenen leitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbon Nanotube, CNT) haltigen Beschichtung auf einem Substrat, bei dem eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte zumindest bereichsweise auf die Oberfläche des Substrates aufgetragen und das Substrat mit aufgetragener Tinte unmittelbar nach dem Auftragen der Tinte einer Trocknung bei gegenüber Raumtemperaturen erhöhten Temperaturen unterzogen wird, wobei die Carbon Nanotube Tinte aus Wasser, n-Propanol, Carbon Nanotubes und optional Ethylenglycol besteht. A method of making a homogeneous conductive carbon nanotube (CNT) -containing coating on a substrate, wherein a carbon nanotube ink is applied at least partially to the surface of the substrate and the substrate with applied ink is dried immediately after application of the ink at room temperatures is subjected to elevated temperatures, wherein the carbon nanotube ink consists of water, n-propanol, carbon nanotubes and optionally ethylene glycol. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte mittels Schablonendruckverfahren, Slot Die Coating, Rod Meyers Coating, Drop Casting und/oder Siebdruckverfahren erfolgt. Method according to the preceding claim, characterized in that the application of the carbon nanotube ink by means of stencil printing method, Slot Die Coating, Rod Meyers Coating, drop casting and / or screen printing takes place. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinte mittels Schablonendruckverfahren erfolgt, die Trocknung des Substrates mit Schablone durchgeführt und im Anschluss an die Trocknung die Schablone entfernt wird, wobei zum Auftragen der Tinte mittels Schablonendruckverfahren eine Schablone mit einer Schichtdicke von 1 bis 200 µm auf das Substrat aufgebracht, die Tinte in die Aussparungen der Schablone eingebracht und überschüssige Tinte entfernt wird, insbesondere durch Rakeln. Method according to the preceding claim, characterized in that the application of the carbon nanotube ink by means of stencil printing method, the drying of the substrate is carried out with stencil and following the drying, the template is removed, wherein for the application of the ink by stencil printing a stencil with a layer thickness from 1 to 200 microns applied to the substrate, the ink is introduced into the recesses of the template and excess ink is removed, in particular by doctoring. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone aus dem gleichen Material wie das Substrat besteht und zusätzlich eine Silikonschicht aufweist. Method according to the preceding claim, characterized in that the template consists of the same material as the substrate and additionally comprises a silicone layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte in einer Schichtdicke von 1 bis 200 µm aufgetragen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ink is applied in a layer thickness of 1 to 200 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung über einen Zeitraum von 30 Sekunden bis 12 Stunden, bevorzugt 1 Minute bis 1 Stunde, besonders bevorzugt 4 bis 6 Minuten, und/oder bei Temperaturen von 50 °C bis 200 °C, bevorzugt 75 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt 90 °C bis 100 °C, durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drying over a period of 30 seconds to 12 hours, preferably 1 minute to 1 hour, more preferably 4 to 6 minutes, and / or at temperatures of 50 ° C to 200 ° C. , preferably 75 ° C to 150 ° C, more preferably 90 ° C to 100 ° C, is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung unter Schockheizen durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drying is carried out under shock heating. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die -Tinte aus 50 bis 99 Vol.-%, bevorzugt 50 Vol.-%, Wasser, 1 bis 50 Vol.-%, bevorzugt 50 Vol.-%, n-Propanol, optional 5 bis 10 Vol.-% Ethylenglycol bezogen auf die flüssige Phase, sowie darin dispergierte Kohlenstoffnanoröhrchen in einer Konzentration von 0,1 bis 4 mg/ml, bevorzugt 2 mg/ml, besteht. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ink from 50 to 99 vol .-%, preferably 50 vol .-%, water, 1 to 50 vol .-%, preferably 50 vol .-%, n-propanol , optionally 5 to 10 vol .-% of ethylene glycol based on the liquid phase, and therein dispersed carbon nanotubes in a concentration of 0.1 to 4 mg / ml, preferably 2 mg / ml consists. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanoröhrchen modifiziert, bevorzugt mit Carboxylgruppen und/oder Sulfonatgruppen modifiziert, und mehrwandig sind. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon nanotubes modified, preferably modified with carboxyl groups and / or sulfonate groups, and are multi-walled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat transparent und/oder flexibel ist und/oder aus Glas, Keramik oder Kunststoff, bevorzugt aus Polyethylen oder Polyethylenterephthalat (PET), besteht. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is transparent and / or flexible and / or of glass, ceramic or plastic, preferably of polyethylene or polyethylene terephthalate (PET) exists. Substrat mit homogener leitfähiger Kohlenstoffnanoröhrchen haltiger Beschichtung, wobei die Beschichtung frei von Tensiden, Bindemitteln und Polymeren ist. Substrate with homogeneous conductive carbon nanotube-containing coating, wherein the coating is free of surfactants, binders and polymers. Substrat nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat transparent und/oder flexibel ist und/oder aus Glas, Keramik oder Kunststoff, bevorzugt aus Polyethylen oder Polyethylenterephthalat, besteht. Substrate according to the preceding claim, characterized in that the substrate is transparent and / or flexible and / or made of glass, ceramic or plastic, preferably of polyethylene or polyethylene terephthalate. Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanoröhrchen modifiziert, bevorzugt mit Carboxylgruppen und/oder Sulfonatgruppen modifiziert, und mehrwandig sind. Substrate according to one of claims 11 to 12, characterized in that the carbon nanotubes are modified, preferably modified with carboxyl groups and / or sulfonate groups, and are multi-walled. Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 13, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10. Substrate according to one of Claims 11 to 13, preparable by a process according to one of Claims 1 to 10. Halbleiterelement, insbesondere organisches Halbleiterelement enthaltend ein Substrat gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, eine Schicht eines halbleitenden Polymers, die auf der Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Beschichtung des Substrates angeordnet ist und eine Deckelektrode, die auf der Schicht des halbleitenden Polymers angeordnet ist. A semiconductor element, in particular an organic semiconductor element containing a substrate according to any one of claims 11 to 14, a layer of a semiconducting polymer, which is arranged on the carbon nanotube-containing coating of the substrate and a cover electrode, which is arranged on the layer of the semiconductive polymer. Halbleiterelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelektrode aus einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallen, insbesondere Calcium und Silber besteht. Semiconductor element according to the preceding claim, characterized in that the cover electrode consists of a metal selected from the group consisting of metals, in particular calcium and silver. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Polymer Poly-(3,4)ethylendioxythiophen ist, welches bevorzugt mit Polystyrolsulfonat kombiniert ist. Semiconductor element according to one of Claims 15 to 16, characterized in that the semiconducting polymer is poly (3,4) ethylenedioxythiophene, which is preferably combined with polystyrene sulphonate. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen haltigen Leiterstrukturen auf Substraten. Use of a method according to one of claims 1 to 10 for the production of carbon nanotube-containing conductor structures on substrates.
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