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柔性瞬态电子器件有望实现低成本制造

来源:科学网 时间:2017-05-18

■本报通讯员 赵习钧

近日,天津大学精仪学院生物微流体和柔性电子实验室教授黄显与密苏里科技大学教授衡攀(音译)共同完成一系列探索,在瞬态电子制造领域取得重大突破,实现了在低温状态和无水环境下的柔性瞬态电子器件的加工。相关研究成果在线发表在电子和材料领域国际权威学术刊物《小》和《新材料》上。

黄显设计研发出两项柔性瞬态电子器件加工新技术——光脉冲烧结和激光蒸镀,可以实现在低温状态和无水环境下瞬态器件的低成本制造。

黄显团队以对生物体本身无害的金属锌为原料,采用球磨方法,将锌的纳米颗粒打磨到100纳米以内,从而获得瞬态金属纳米颗粒。研磨后纳米粒子好比“墨水”,利用先进的光脉冲的方式,将“墨水”直接烧结到可溶解的聚合物基底上,从而“绘制”出高导电性瞬态金属图案。导电率高达44 643 S m-1,创造了目前基于印刷方式的瞬态金属颗粒导电率的最高纪录。

激光蒸镀技术则是通过激光扫描锌纳米颗粒的方式制造导电瞬态金属图案。将锌纳米颗粒沉积在玻璃片上并进行激光扫描,锌纳米颗粒会由于激光加热而形成锌的蒸汽,最终在生物可溶性基底上冷凝沉积。通过对玻璃片和生物可溶性基底之间距离的控制,控制蒸汽沉积的速率,还可以通过控制激光的速度与扫描路线来设计图案,控制每一位点的导电性能(最高可达1.1×106 S m-1)。

黄显团队研发的这两项技术为全球瞬态电子制造领域首次应用,克服了瞬态金属纳米颗粒易受空气中的氧气和水分影响的缺点,为瞬态电子技术的发展提供了重要的加工方法。通过该方法制造的瞬态器件具有高导电性、低温安全、无污染的特点,其形态轻薄、可弯可折,平均厚度不超过10微米,不到头发丝直径的十分之一。

这项研究技术极大地减少了瞬态器件的使用成本,使得瞬态器件更大程度地与人们的日常生活相结合。为人类健康监测、诊断、治疗和康复提供新的解决方案。这项研究还会极大改变现在的印刷电路工业及其相关产业,如材料的供给、加工设备的生产和电子元件的回收。未来,瞬态电路极有可能会代替那些永久性的电路应用于诸如便携式设备、家用电器和其它消费产品中。

《中国科学报》 (2017-05-16 第8版 科创)
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