可拉伸电子产品在表皮电子,软体机器人,微机电系统和医疗诊断等各个领域引起了科研人员的广泛关注。这是由于镓铟锡合金的液态属性,使其具有出色的机械表面顺从性,包含平面、复杂曲面和动态表面。基于此的可拉伸柔性电子在性能方面具有其独特的优势,例如超高的柔韧性、可拉伸性、抗疲劳性、高导电性及轻巧紧凑等。为了制造这种可拉伸电子产品,在过去的几十年中,科研人员在材料或机械设计等各个方面已进行了广泛的研究。其中,柔性版印刷、直写打印,同轴打印,机器三维打印,蒙版印刷,雾化印刷,冷冻铸造和激光辅助印刷等具有液态金属独特特点的打印技术都已被提出来,然而由于液态金属的高表面张力,表面氧化层等物理特性,基于其的高质量打印一直未得到很好的解决。高精密激光设备一直是微纳制造领域的热门选择,因为其加工效率高,加工精度高,加工可重复性高,不仅可以进行微纳尺寸的材料切割,还可以对材料进行表面结构与性能的改性。 近期华中科技大学吴志刚教授团队利用高精度紫外激光,在液态金属打印方向取得了一些突破,大大提升了打印精度和打印效率,并且由于过程的可控性,均具有工业大批量生产的潜力。利用激光改性柔性材料特定表面的形貌,来完成高质量高效率选择性转印液态金属,而且此工艺还适用于三维平面的转印,该成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊;基于改性水溶性掩膜,同时借助激光的高精度高密度图案化效率,提出了过程可控的高精度高密度液态金属加工方法,使用其制造的超薄传感器可以直接用于监测皮肤局部运动,对于人机工程的发展具有重要的意义,该成果已被Soft Robotics期刊录用;借助热收缩膜的各向同性收缩特点,提出了一种低成本制造可用于微纳加工的掩膜生产技术,该成果发表于ACS Applied Polymer Materials(cover)期刊。 1.激光诱导的选择性转印 近日,华中科技大学机械科学与工程学院吴志刚教授课题组,通过激光选择性处理软基材的表面形貌,进而调控液态合金在软基材上的润湿性,提出了液态合金在不同材料、不同表面(平面和3D复杂表面)上的柔性版顺行印刷技术,并研究了调控机理和液体合金的润湿性和表面形貌之间的关系。通过调整激光参数,改变印章表面的粗糙度,减小其与液态金属表面氧化膜的接触面积,根据cassie模型,调控液态金属在其表面的润湿性,达到选择性粘附液态金属的作用。实验结果表明,所提出的柔性版印刷技术在平面、曲面、凹凸等不规则的三维复杂表面上打印出的液态合金电路均具有稳定性好、保真度高、顺形度高等优点。此外,该技术还有高效快速、耗时短的优点,在大规模的工业化生产中具有极大的潜力。该成果以题为“High-Fidelity Conformal Printing of 3D Liquid Alloy Circuits for Soft Electronics” 发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。文章的第一作者为课题组博士生张硕,吴志刚教授为通讯作者。