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導電油墨推動柔性及印刷電子增長
發布時間:2015-08-19 11:42

導語

雖然柔性和印刷電子領域的產品應用繁多,從傳感器到太陽能,從觸摸屏到顯示器,再到近場通訊(NFC)、印刷RFID 標簽以及更常用的導電材料。它們之間有一定的共性,其中之一是對導電性的需求。

美、歐及亞洲印刷電子年會組織方、印刷及柔性電子行業領先咨詢公司IDTechEx咨詢負責人Khasha Ghaffarzadeh 博士認為,2015 年導電油墨及漿料市場將達23 億美元,并且還將繼續增長。到2025年,這一市場有望增長至32 億美元左右,10 年中復合年均增長率達3.26%。

1.巨大的應用市場

導電油墨及漿料被用于各種應用行業,其中最大的領域是太陽能(PV)行業,在這個領域,導體被用作印刷母線。薄膜開關市場同樣也是非常重要的市場,但除了價格之外產品差別較小,且市場分散。觸摸屏中邊緣電極的印刷也是不斷增長的領域,盡管對于網版印刷而言,向窄邊框的發展是一種挑戰,但對其它形式的印刷技術而言,它卻是機會。

另外,汽車中無論是內部還是外部應用,導電油墨都存在很大且正在增長的市場需求。還有值得注意的全新領域是電子紡織品、3D 打印電子、熱成型電子產品等應用。

首創了PulseForge 工具和Metalon油墨等領先技術的NovaCentrix 公司表示,他們發現, 導電油墨在包括顯示器、傳感器、能量儲存裝置、柔性導體如天線等很多應用領域,都出現了增長顯著,如可穿戴設備、太陽能和汽車等更廣闊的應用領域活動也開始活躍起來。

上述提到的印刷電子應用都來自NovaCentrix 的當前買家,這些應用都擁有增長的潛力。但有一個問題比較難以解決,就是每種應用能達到多大的消費量?有些應用只需要很少油墨,而且事實上客戶也始終在竭盡所能減少油墨用量。

當然從NovaCentrix 角度來看這也是合理的,企業都會盡可能少地使用比較昂貴的組份材料。不過隨著時間的轉移,他們預計會有越來越多產品運用導電油墨作為他們整體技術方案的一部分。這其中就包括需要使用導電油墨材料的產品比如RFID 和顯示器。

油墨制造商太陽化學認為,導電油墨在印刷電子領域扮演著領先角色。隨著柔性和印刷電子產品市場增長的不斷加快,會有更多的電子印刷應用進入實驗性生產和制造階段。

太陽化學始終將戰略重點放在電子包裝或智能包裝上,特別是一些先進設計的出現加速了生產化的轉變,其中包括面向納米銀和噴墨的應用。

T+ink 公司針對電子印刷項目開發了2000 多種的油墨配方,包括適用于柔版、絲網印刷、噴墨、凹印和膠印的油墨以及涂料配方。T+ink 設計的產品已經出現在諸多市場上,比如玩具和汽車零部件,以及包裝、服飾等等。其設計者與各大公司合作,其中包括福特、通用汽車、麥當勞、可口可樂和沃爾瑪。他們表示,面向電子印刷的柔性電子產品和包裝市場不僅出現了實際增長,并且預計將出現高增長。

    只有能夠適應現有生產線,可以進行常規生產速度生產,且具有成本優勢的技術,才能在市場上勝出,變得無處不在。目前有多種類似的技術都在爭取被采納使用,但是勝出的技術必須要有一條合理完好的供應鏈,便于生產出次品率更低的印刷電子產品。2013 到2014 年,T+ink 進行了多項實驗。

一些產品于今年開始正式生產,為全球數百上千萬的包裝提供幫助。隨著技術日臻成熟,更多的應用將獲得認可。提到導電油墨的關鍵市場,T+ink 表示,傳統的薄膜開關市場和FRID 標簽市場已經是比較成熟的市場,鮮見技術創新。

他們看到越來越多的白色家電、汽車和消費電子產品上使用的電容式開關贏得增長,此外,還看到更多身份驗證、安全、客戶交互產品采用了TouchCode 專利技術。
NANOGAP 公司認為市場的增長不如預期那么顯著。公司主要的業務是生產導電粒子,銷售給油墨生產商,因此與終端用戶還隔了一層。但是,他們也意識到觸摸面板透明導電薄膜市場有所增長,曲面印刷用的噴墨打印油墨也在向前發展。

2.合作與聯盟

這個行業依然以技術推動為主要特征,“走向市場”的策略大多只是一種補充方式。這意味著行業內的壓力依然很大,因此存在進一步緩慢整合的可能。企業之間的合作與收購會引發市場上的變化,也會為市場帶來新的機會。

最近,納米粒子供應商之間正在發生著小型的整合,比如NovaCentrix 收購了PChem 協會;太陽化學與T+ink 結盟,取名T+Sun;Nanomas 離開這一市場;卡博特停止推廣產品;拜耳將納米銀技術出售給了科萊恩。不過這些業務領域主要由小的供應商支配,因此大多數大型供應商坐觀成敗,或自己開發技術來減少風險。

2014 年3 月,NovaCentrix 收購了Pchem 協會納米銀基柔版、噴涂和網印色劑技術,現在可以提供全系列納米銀基油墨。由于被NovaCentrix 收購后實現了規?;a,Pchem 的油墨現在可以更低價格供應。

Pchem 的老客戶告訴表示, 由于NovaCentrix 作為長期供應商所具有的穩定性,他們重拾了使用PChem 油墨的信心。而Pchem 產品的新用戶則通常直接到NovaCentrix 的網站尋找產品的相關信息,或者通過推廣活動來了解它們。

2014 年3 月, 太陽化學宣布與T+ink 結成聯盟,名為T+Sun,合作的回報是為雙方企業和終端用戶贏得新的機會。T+ink 的TouchCode 技術是一個非常特別的技術領域,該技術所提供的與消費者的互動能力能夠提升產品的體驗。太陽化學將為合作企業貢獻生產經驗、以及與領先印刷商和品牌商的廣泛聯系網絡。結盟一開始,T+Sun 就積極著手工作,目標成為生態系統的中心。

太陽化學通過對目前處于增長態勢的多種應用的戰略性關注后發現,結盟后公司將出現大量需要用到新一代材料的機會。這些應用包括印刷天線RFID和 3D 技術、智能標簽、觸摸開關和傳感器等,以及結盟公司T+ink 所有的TouchCode 產品。

導電油墨及漿料被用于各類應用,其中最大的領域是太陽能(PV)行業,在這個領域,導體被用作印刷母線。

太陽化學將繼續集中精力于TouchCode,它是印刷與數碼包裝和標簽領域的重要橋梁,使各種智能印刷解決方案得以將實際產品與移動設備連接起來。對此與太陽化學緊密合作的加工商和品牌商充滿了熱情。除了TouchCode外,他們還密切合作,開發各種類型的油墨,無論是導電油墨,還是平面印刷油墨,或者適用于成為3D 設計一部分的薄膜開關模內應用的油墨。

在導電漿料領域,太陽能(PV)領域的部分衰退負面影響到了Ferro,該公司將業務出售給了Heraeus公司, 售出的價格主要反映了其知識產權資本。盡管如此,導電銀漿這塊業務依然受到很多大公司的青睞,因此要進入市場的后來者雖多,必定挑戰重重。

3.適用于導電油墨的主要材料

很多材料被用于生產導電油墨,目前市場上有金屬基材料(比如銀和銅)、碳基材料(石墨和碳納米管)和金屬納米顆粒幾大類,每種材料都有自己獨特的優點。

銀是最常見的金屬導電油墨材料,這主要是因為其氧化物同樣能導電。盡管面臨如何在避免氧化的情況下進行退火或燒結的難題,銅和其它銀合金的應用也在逐漸興起。

金屬油墨和漿料可以分為兩類:一種是傳統的微米級片狀材料和粉體材料;另一種是納米粒子。前者是一項成熟的技術,幾乎控制了整個市場,后者則是一項新興的選擇。

納米粒子具有更高的電導率,從而能以更低的材料消耗實現相同的傳導性,用于包裝時柔性更高,還能與噴墨打印相容。但其價格昂貴,這意味著它們作為替代品并不十分成功。隨著重量級企業進入這一市場及其價格的緩慢下降,情況正在逐漸改變。

PTF(聚合物厚膜)銀以及碳或石墨仍然是市場上主要的導電油墨用材料,然而,納米銀油墨正越來越多地被開發出來供大量應用。鑒于此,太陽化學對納米銀油墨進行投資,整個投資包括合成、油墨開發和應用開發。

NovaCentrix 公司也認為銀仍是最主要的導電油墨材料。銀可以采用多種形式進行利用,包括微米級片狀材料、納米粒子和有機金屬配方。銀納米線也已在市場上得到應用。盡管原料價格存在一定波動,但就技術而言,銀是應用風險最低的材料。

同時,NovaCentrix 也是銅基導電油墨領域的領導者,公司一直提倡采用銅基材料,包括旗下的的Metalon ICI 油墨產品。ICI 油墨配方最初于2009 至2010 年問世,隨著配方的不斷優化,現在它在整個使用期均具有優良的存儲穩定性和耐腐蝕性。NovaCentrix 透露,杜邦公司在美國加州圣克拉拉舉辦的PE USA 2014 上推出的新型光子銅油墨離不開他們的支持。杜邦油墨的印刷樣品可以使用NovaCentrix 的PulseForge光子固化工具將其進行徹底固化。

NANOGAP 可提供濃度高達70%(重量比)的銀納米粒子的噴墨油墨,它具有長期穩定性、便于配制、電導率高且燒結溫度低。NANOGAP 的銀納米纖維可以為絲網印刷油墨配制,用于制備具有良好導電和光學特性的透明導電薄膜,適用于印刷照明和光電應用。

T+ink 聲稱其配方幾乎能夠覆蓋整個導電材料種類及應用方法。這些配方的優勢在于讓印刷企業可以像平時一樣,將墨水放在儲墨器或墨水池中,并進行所需的微調,再開始印刷、固化,因此每個載墨系統都是按現有生產線進行配制的。

T+ink 的產品包括:溶劑型材料可用于網印、柔印、噴墨、浸涂、凹印、噴墨、涂布模頭及其它類型的涂布方式;水性材料可用于網印、噴墨、柔印、噴涂和涂布方式;UV/EB 材料用于膠印、網印、柔印和其它涂布方式,氧化油墨類型主要用于膠印。

目前一系列UV 網印和柔印導體正在測試中,近期有望推向市場。新產品不管是對公司模內專利工藝、還是標準TouchCode 和安全印刷產品都適用。

4.柔性和印刷電子產品前瞻

導電油墨制造商對柔性和印刷電子產品的前景表示樂觀。NovaCentrix 認為大量增長的機會已經出現,正在推進的客戶項目數量正在增長,合作的數量也在增加,每天都會看到越來越多面向柔性和印刷電子產品的主流應用,伴隨著對產品、工藝支持以及外包開發的質詢在發生著。

印刷電子產品的前景仍然非常光明。對太陽化學而言,在支持全方位戰略應用上的努力為自身開啟了諸多新的增長機會。這使得研究團隊可以專注于新材料的開發,以支持這些新興應用。

在物聯網和可穿戴產品市場,印刷電子產品正在步入令人難以置信的增長階段,T+ Ink 在印刷電子領域的起步源自1990 年代初,而直到現在這一領域才出現大規模應用。他們始終認定印刷電子是下一個改變已知世界的高增長領域。

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