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《金属印刷提供低成本的方式来制造柔性，可拉伸的电子器件》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2018-01-01

  • 北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一种直接打印金属电路的新技术，从而创造出灵活，可伸缩的电子元件。该技术可以使用多种金属和基材，并与采用直接印刷技术的现有制造系统兼容。

    北卡罗来纳州的爱德华·菲茨工业与系统工程系的副教授兼通讯作者Jingyan Dong 说：“柔性电子等多方面用途的承诺，但存在明显的制造成本，提出了挑战，使他们在商业应用的现实”。

    董先生说：“我们的方法应该能够降低成本，并提供高分辨率电路的高效生产方式，使其可以用于商业设备的整合。而且我们已经展示了我们方法的弹性和功能性，我们愿意与行业部门合作，在制造可穿戴传感器或其他电子设备方面实施这项技术。”

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    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2021-03-25
    • 可伸缩电子产品广泛应用于各种应用领域，如可穿戴电子产品、皮肤电子产品、软机器人和生物电子产品。传统使用弹性薄膜构建的可伸缩电子设备缺乏渗透性，这不仅会影响穿戴舒适性，长期佩戴后会引起皮肤炎症，而且限制了设备在垂直方向上的集成设计尺寸。 2021年2月18日，香港理工大学郑子剑教授团队报道了一种可拉伸的导体，它是通过简单地将液态金属涂覆或印刷在静电纺丝弹性体纤维垫上而制成的，并把这种可拉伸的导体称为“液态金属纤维垫”（LMFM）。液态金属悬挂在弹性纤维之间，自组织成横向网状和垂直弯曲的结构，同时提供高渗透性、延展性、导电性和电气稳定性。LMFM对空气、水分和液体具有良好的渗透性，并在10000次拉伸试验中保持超弹性（超过1800%应变）和超高导电性（高达1800000 S m−1）。体内和体外生物相容性试验表明，LMFM直接应用于皮肤具有良好的生物相容性。研究人员展示了用LMFMs制造和封装多种可渗透可拉伸电子器件的简易方法，该LMFM具有心电图（ECG）传感器、汗液传感器和垂直堆叠的加热器。 LMFMs通过三个简单步骤制备：（1）静电纺丝超弹性纤维毡，（2）在可拉伸毡上涂覆液态金属，（3）通过预拉伸激活渗透性。作为概念验证，选择了聚苯乙烯-嵌段-丁二烯-嵌段-苯乙烯（SBS）和共晶镓-铟合金（EGaIn）作为弹性体和液态金属。制作了一个具有320μm厚SBS衬垫和0.8 EGaIn-SBS质量载荷的LMFM样品。SBS微纤维的平均直径为2.7μm（图1b），SBS毡的断裂应变为2300%（图1e）。这种新制备的涂覆EGaIn的SBS毡呈现出有光泽的金属样表面，透气性很小（图1c）。为了激活渗透性，将衬底反复拉伸至1800%的应变，循环12次，在此过程中，闪亮的表面变得暗淡，平面EGaIn转变为悬浮在SBS微纤维之间的网格状多孔结构（图1d）。 图1 渗透性和超弹性的LMFM的典型制作过程示意图 LMFMs是一种新型的可拉伸导体，可以通过在弹性静电纺丝纤维毡上涂覆或印刷液态金属来制备。通过简单的预拉伸过程，液态金属会自组织成横向多孔且垂直弯曲的网状物，该网状物悬挂在弹性纤维之间。与其他基于液态金属的最新可拉伸导体相比，LMFMs是迄今为止唯一能够同时实现超高导电性、超高Q值、超高应变、高生物相容性和高渗透性的材料策略。展示了一种概念验证的三层整体可伸缩电子垫，具有独特的渗透性和全超弹性的优势。原则上，可以通过增加设备层的数量来实现更多的功能。研究人员展望，LMFMs将成为一个通用和用户友好的平台，用于制造集成密度高、多功能和长期耐磨的单片可拉伸电子产品。 该研究成果于2021年2月18日发表在《Nature Materials》, 题目：“Permeable superelastic liquid-metal fibre mat enables biocompatible and monolithic stretchable electronics”。 《Nature Materials》在同一天也刊登发表了耶鲁大学Rebecca Kramer-Bottiglio课题组利用液态金属（EGaIn合金）网络实现高导电性、超可拉伸性和机械稳定性电子产品的研究报道。与以前将不同的金属颗粒混合到液态金属中的工作不同，该工作在原位形成固态氧化镓颗粒。其研究表明，当液态金属纳米颗粒被加热到900°C时，由于氧化和相分离，在表面形成一层固体薄膜；同时，下面的液态金属颗粒破裂并合并成一个液体网络。这形成一个高导电性（2.06×106 S m–1）薄膜，然后可以转移到软弹性体上。这种混合物还润湿了电子元件，克服了液态金属通常难以与其他表面接触的难题。 该研究成果于2021年2月18日发表在《Nature Materials》 , 题目：“Highly stretchable multilayer electronic circuits using biphasic gallium-indium”。
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  • 《柔性电子器件制备有了新技术 或拥有广泛应用前景》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2022-01-13
    • 记者1月4日从中国科学技术大学（以下简称中国科大）获悉，该校信息学院赵刚课题组提出了一种结合纳米纤维静电纺丝和液态金属模板印刷的新型柔性电子器件制备技术。相关研究成果日前发表于国际期刊《ACS纳米》上。 随着物联网的高速发展，简单的柔性电子器件已经不能满足日趋复杂的应用场景，因此亟待研究与开发多功能与高集成度的柔性电子系统。目前，材料和制造技术仍然是制约柔性电子发展和商业化的主要因素，因为在柔性电子设备的制造过程中，研究人员不仅要考虑其物理、化学和功能特性，还要考虑用户的舒适度和安全性等。同时，日益严峻的环境和能源问题给人类社会的发展也带来了巨大的挑战，电子器件的可回收性、自愈性和可重构性也成为开发人员需要考虑的关键问题。通过传统材料和制造工艺获得的柔性电子器件往往不能同时兼顾上述性能，并且制造过程通常需要昂贵的设备、复杂的步骤、高标准的操作环境和指定的材料特性。受限于这些因素，柔性电子的大规模集成和封装以及多层柔性电子器件的制造仍然是一个棘手的问题。 针对上述挑战，中国科大信息学院赵刚课题组提出了一种简单、快速、绿色化的柔性电子器件制备技术。通过静电纺丝技术获得热塑性聚氨酯（TPU）纳米纤维膜作为柔性基底，然后利用模板印刷在基底膜上构造液态金属（LM）图案化电路。此外，可以通过逐层组装的策略来参数化制备柔性电路、电阻器、电容器、电感器及它们的复合器件。该方案制备的柔性电子器件具有优异的可拉伸性、透气性和稳定性，同时它们是多层和可重构的。
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