基于水溶性掩模转印和液态金属颗粒化的柔性电子加工工艺

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基于液态金属的可拉伸电子器件制作工艺在近几年已经得到充分发展。为更充分地展现可拉伸电子的潜力与优势,高集成度、高柔性、高顺从性一直是其发展的方向。掩模沉积技术是一种具有工业化潜力的低成本并行工艺技术,具有较好的商业价值。基于此技术的液态金属沉积技术已经有了充分的发展,然而仍然面临诸多挑战。当其集成度要求较高,需要达到数十微米级别的图案分辨率时,因为液态金属本身的高表面张力和雾化过程的随机性、混乱性,其工艺的成品率和可重复性都处于一个较低的水平。本文提出了一种基于水溶性掩模转印和液态金属颗粒化的柔性电子加工工艺,利用该加工工艺可以制作分辨率达到25μm的液态金属电路图案依旧能保持高效,可重复性、技术稳定性得到大幅提升。通过激光图案化可溶于水的PVA薄膜,然后用半固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)将其转印,从而使掩模截面倒转成上窄下宽的梯形,通过在乙醇介质中,超声处理液态金属制备基于液态金属亚纳米颗粒的喷墨,使用该喷墨对激光图案化后转印的水溶性掩模进行雾化喷涂,可以降低雾化喷涂随机性和混乱性带来的负面影响,使雾化喷涂变得更均一可控,可以有效消除液态金属在数十微米的开口中的粘连,使液态金属电路图案可达更高的分辨率。最后,本文使用该加工工艺设计并制作了一系列柔性电子器件,包括可用于监测手指运动、关节皮肤伸展运动的柔性电子传感器、可用于果蝇特异性温控的表皮电子器件。本文提出的柔性电子加工工艺可以高效稳定地加工出高分辨率的液态金属电路图案,对实现柔性电子精细化、自动化的生产有重要意义。
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