- 文献综述(或调研报告):
随着互联网、通信等核心技术的迅速发展,人们日常生活、工作、医疗健康等方面的需求逐步多样化。人们已不再满足于传统大型、复杂的电子设备,而追求更小巧、便携、功能多样化的智能新型电子设备,其中,智能柔性可穿戴设备作为代表性产品,已成为众多企业的研究热点。因此,如何简易、经济实惠地制造出稳定、高性能的三维柔性电子元件是目前亟待解决的一个问题。
传统电子电路元件的制造工业目前已发展得十分完善,其通常是利用固态导体在刚性、脆性的平面基底上进行图案化设计制造而成,具备典型的二维特性。然而,此类制造方法虽然工艺流程已相对完善,但其局限性亦逐渐显露出来:与曲线曲面基底不相容。
以汞(Hg)为代表的系列液态金属作为一种柔性导电材料,常温下呈液态,有着普通金属无法比拟的优点,具备高导电性的同时具备本质可拉伸特性且表面的金属氧化层增强了其稳定性能。然而Hg蒸汽有剧毒,对人体危害很大,而镓(Ga)基液态金属毒性低,基本没有蒸汽压。镓(Ga)基液态金属应用广泛,可制作为优良导体、软性材料的二极管与传感器以及可拉伸的天线等,因此是一种具备十足潜力的三维柔性电子材料,引发了研究人员们的关注。
- 液态金属的图案化方法
1.1光刻技术
传统光刻方法是在基底板表面涂覆一层光刻胶,利用光照按指定路径照射正性或负性光刻胶从而改变其溶解度,将其浸入显影液中,溶解掉抗蚀剂中可溶解的部分,暴露出本来的基底衬板。再通过物理气相沉积或者电沉积将液态金属沉积于基底衬板表面,利用基底表面的金属薄膜可以去除残留的液态金属,从而形成理想的液态金属图案。
而目前,由于此种方法不太适合直接对液态金属进行复杂图案化,更多的是用来制备液态金属的模板。比如利用光刻法制备印迹[1],利用PDMS的通道与液态金属基底密封挤压,使得液态金属在PDMS在通道内形成氧化膜而不易脱落,从而形成液态金属图案。Wu等人[2]利用钢网光刻制备硬模板构建了高通量液态金属制模技术。除此之外,还有利用对基板进行选择性润湿制备液态金属的模板等方法。
1.2注射技术
微流体注入导体内是一种常见制备软物质电子的方法。通常是在弹性体(如PDMS等)内部构建微通道,将液态金属混合酸注入微通道内部。直接将液态金属注射进微通道内会在微通道内迅速形成表面氧化物从而阻碍液态金属的流动,而酸性溶剂可以溶解液态金属的表面氧化物。将两者混合后注入微通道内将会使得液态金属的流动具备可逆性,且只需施加足够的外界压力即可令液态金属充斥于微通道内,形成液态金属图案。
在此基础上制备的柔性电子元件的机械性能往往取决于包裹液态金属的封装材料。而溶解表面的封装材料,内部的液态金属与溶剂混合物将形成独立结构。然而此种基于注射的图案化方式更适用于其他的离子导电液体等,注射液态金属进入微通道内虽然可以实现,但液态金属会以表面能量最小化的形式存在,存在着一些局限性。
1.3添加技术
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