隨著有機電子學的快速發展，有機電子器件，特別是基於液相法製備的電子器件迎來了快速的發展。印刷作為一種成熟的方案，具有工藝簡單、快速製備以及成本低廉等優勢。而通過印刷的方式即可實現電子器件的製備，這即為印刷電子技術。印刷電子的關鍵在於材料的選擇和墨水的配置，特別是隨著納米技術和有機電子學的快速發展，很多功能性材料都可以配置成墨水，通過印刷方式製備成功能性薄膜。
透明導電薄膜作為一種在可見光區域具有高透明度的導電薄膜，廣泛應用於顯示和太陽能電池。目前，市場應用最廣泛的透明導電薄膜（TCFs）是ITO（氧化銦錫透明導電膜）。然而ITO電極價格昂貴、柔韌性差，且具有一定的毒性。因此，市場上都在開發其他類型的透明導電薄膜，如，銀納米線、金屬柵格、透明導電聚合物以及石墨烯、碳納米管等。很多透明導電材料可以配置成墨水通過印刷的方式製備成透明導電薄膜。
筆者選取了石墨烯/碳納米管/金屬納米線/納米粒子等幾種常用透明電極材料，並簡要介紹其材料的性質、製備、分散、劣勢以及目前的解決方法。
石墨烯
作為TCFs材料的一個有力競爭者，石墨烯在近年來得到了越來越多的關注。石墨烯在室溫下有著高載體遷移率（10 4 cm2 V-1s-1）、優異的楊氏模量，以及高導電性和光透過率。摻雜石墨烯薄膜，表面電阻僅為62.4 Ω N-1，光透過率大約（100-2.3N）%（N代表石墨烯的層數）。近年來，已經有許多方法被應用於製備大面積，高導電性及無缺陷的石墨烯。氧化石墨烯的化學還原被認為是製備高產量石墨烯的最通用方法，主要包括三步：1、用Staudenmaier或 Hummers的方法氧化石墨得到氧化石墨，2、超聲剝落成氧化石墨烯，3、通過高溫退火或還原劑等方式還原成石墨烯。這種方式製備的石墨烯導電率高，但是表面惰性，常見的溶劑中難以均勻分散性，只能用如N.N二甲基甲醯胺（DMF）和二氯乙烷這類強極性溶劑用於石墨烯的分散（圖1a）。然而，這些溶劑的低濃度和高沸點是製備高性能TCFs的兩個主要障礙。與石墨烯不同，氧化石墨烯表面含有豐富的官能團，因此需要在水、乙醇、丙酮和乙二醇（EG）等常見溶劑中均勻分散（圖1b）。
碳納米管
與石墨烯相似，碳納米管作為TCFs材料的最大挑戰就是表面惰性，導致其在常見的溶劑中分散性差。此外，高縱橫比和強的範德華引力使CNTs傾向於粘在一起甚至形成大的束。雖然一些高沸點溶劑如DMF、二氯乙烷和n-甲基-2-吡咯酮可以用來分散CNTs，但它們的分散性是有限的，通常低於0.1 mg mL-1。因此，開發適應的溶劑對於製造高性能的基於碳納米管的TCFs是至關重要的。最近，一些新興技術已經被採用，以分散CNTs（例如，使用綠色溶劑或超強酸）。這些技術能夠顯著提高碳納米管的分散濃度和均勻性（如圖1 c d所示）。Ramesh 課題組提出使用超強酸直接分散CNTs，在氯磺酸溶液中觀察到在室溫下濃度高達2.5%的光學均勻溶液。其他的超級酸，如H2SO4、油氈和三氟化酸，也可用於獲得分散的CNT溶液
金屬納米線
金屬納米線，特別是銀納米線，在各種新興的TCF材料中被認為是取代ITO最有望的候選者。採用金屬納米線製備的透明導電膜具有低成本、高透明度和高導電性以及優異的彎曲性能等特點。金屬納米線的結構特徵，包括縱橫比、平滑度、大小均勻性和純度等，都可能影響TCFs的最終性能。因此，金屬納米線的可控合成對製造高質量的TCFs的關鍵因素。以合成銀納米線為例，典型方法是在PVP（聚乙烯基吡咯酮）為結構導向劑製備銀納米線。由於銀納米線表面存在PVP分子鏈，因而銀納米線可以均勻分散在水系中以形成穩定的墨水，也可以分散在其他極性溶劑中，如乙醇和異丙醇（圖1e，f）。
此外，CuNWs可以提供幾乎和Ag NWs相同的導電性，但成本要低得多。然而，由於銅對氧氣和溼氣很敏感，表面容易形成氧化層，嚴重影響導電性。目前常用的提高銅的抗氧化性的方法是在銅納米線表面包覆惰性銀或鎳的殼層，但是這將顯著增加工藝的複雜性和生產製備的成本。
金屬納米顆粒
金屬納米粒，如銀和銅NPs（Ag/Cu NPs）的自由電子密度高，具有良好的導電性。此外，較高的比表面積會顯著增加納米顆粒的表面能，顯著降低納米材料的燒結溫度。目前已經有許多合成Ag和Cu 納米粒子的方法被報導，如化學還原路線和聚醇過程。通過調整表面活性劑分子的分子橫截面，可以獲得直徑在1到幾百納米之間的金屬NPs。金屬NPs可以分散在各種溶劑中，如甘油、乙醇、十二烷、丙酮、甲苯和丁苯，形成穩定的墨水（圖1 g，h）。金屬NPs（特別是Ag NPs）應用於柔性電子所面臨的最大挑戰是它們的高成本、低固含量和電遷移行為。低成本的銅NPs是一種很有吸引力的替代方法，因為它們具有相當的導電性。然而，與銅納米線相似，納米粒子表面容易受到氧化，從而顯著降低了導電性。
導電聚合物
與上述TCF材料不同，導電聚合物的導電率和穩定性都比較低。然而與碳材料或者金屬材料相比較，聚合物材料則可以通過化學反應精確調節鏈段結構，比如將側鏈附加到聚合物主幹上，改變其溶解度和電子親和性等特點，使之具有可印刷性、易受控制、靈活的特性。然而限制聚合物體系的最大因素就是其較低的電導率。如何提高導電聚合物的電導率是目前研究開發的重點。新興的共軛聚合物（CP）材料已經取得了很大的進步。作為聚噻吩的一種重要衍生物，聚（3,4-乙二氧噻吩）：聚（苯乙烯-磺酸）（PEDOT:PSS）具有很高的導電性，光學透過率，以及成膜能力強等特點，是最有前途的導電高分子材料之一。然而，這種導電聚合物在高溫、化學試劑或溼度條件下仍然缺乏長期穩定性。因此, 需要進一步的優化，以使其在靈活的電子產品中更廣泛地應用。
墨水溶劑
一般來說，TCFs墨水中包括電極材料和分散用油墨。電極材料的直接分散無法直接形成可印刷墨水。為了達到高導電性和合適的印刷性能，需要進一步改進導電材料和相應的溶劑。不同的導電材料需要一些特定的過程。例如，通常採用金屬納米結構（包括金屬NPs和金屬NWs）的燒結過程，以去除有機穩定劑，並為高導電性提供一個連續的導電網絡。然而，由於柔性基底的玻璃化轉變溫度較低，難以承受高溫處理過程。最近，Minari等人報告了一種通過π鍵連接的金納米粒作為電極材料，這種納米粒使得導電金屬層在室溫下就可以沉積。由於金納米粒子表面包覆有酞菁衍生物層，在室溫沉積過程中，酞菁分子間的共軛體系使得納米顆粒間緊密接觸，從而形成導電網絡。在芳香配體的協助下，退火後則可獲得了具有高導電性的TCFs
此外，科研人員還採用提高印刷特性、降低後處理溫度以及溶劑替代等方法提高材料的分散性和成膜特性。以Ag 納米線的分散性為例，用去離子水取代異丙醇，可以形成一個0.8 mg mL-1的Ag納米線/水溶液。這種方法沉降速度較低較低，能夠避免在印刷過程中堵塞噴嘴。
而石墨烯和碳納米管方面，最大的挑戰是缺乏常見的溶劑來提供高濃度和分散穩定性。目前解決這些問題常用方式是蒸餾輔助溶劑交換技術。首先將石墨烯分散在DMF溶劑中，然後將DMF與松柏醇交換。與DMF溶劑相比，松柏醇具有較高的粘度和沸點，且穩定性更高，毒性更低，因而特別適用於噴墨列印製備石墨烯薄膜。對於PEDOT:PSS導電聚合物來說，在保證光學透明度的情況下，提高導電性的一種有效方法是在其水溶液中加入少量高沸點溶劑，如EG、二甲基甲醯胺或二甲基亞碸（DMSO）。Kim等人通過在溶劑中加入EG製造出了高導電性的PEDOT:PSS薄膜，當對原始溶劑添加6% 的EG後，TCFs的導電率可達735 S cm-1。開發者已將這種方式製備的透明導電薄膜應用於有機太陽能電池上，製備的器件表現出了較高的光電性能。