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柔性電子設(shè)備中微結(jié)構(gòu)的3D打印

供稿人:汪鑫 田小永 供稿單位:機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室  發(fā)布日期:2019-12-09

近年來,在可穿戴電子設(shè)備、智能皮膚、醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域內(nèi),柔性和可拉伸電子器件受到越來越多的關(guān)注。然而,現(xiàn)在可穿戴電子設(shè)備的電路,通常是基于平面二維幾何圖形的。香港城市大學(xué)的Yiming Liu等人提出一種激光直寫3D打印技術(shù),可以將二維的幾何圖形電路,擴(kuò)展至三維的立體電路。同時,他們利用激光直寫技術(shù),制備了三維蛇形導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),這些微結(jié)構(gòu)和襯底具有良好的透光率和柔性。

Yiming Liu等人首先利用高分辨率3D打印機(jī),將IPL-780型光刻膠固化在22mmX22mm的玻璃底板表面,形成具有蛇形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),然后,利用磁控濺射在蛇形網(wǎng)絡(luò)的表面鍍上200nm厚的金屬銅,使結(jié)構(gòu)具有良好的導(dǎo)電性,最好,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)對蛇形導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行封裝,并在固化后剝離玻璃底板,得到柔性電子設(shè)備,整個過程如圖1所示。

另外,Liu等人發(fā)現(xiàn),利用蛇形導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)良好的透光性能,透光率達(dá)到90%(圖2)。同時,如圖3所示,Liu等人還對這種柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析,從而獲得更好的拉伸、扭轉(zhuǎn)性能,通過優(yōu)化,拉伸性能從2.7%提高到13.8%,最大彎曲角從114°增加到160°,最大扭轉(zhuǎn)角從24°增加到32°。

Liu等人表示,這項技術(shù)結(jié)合了微結(jié)構(gòu)的3D打印、磁控濺射及PMDS封裝工藝,實現(xiàn)了三維結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計及制造,在未來,三維電路將極大的豐富柔性電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能。

圖1 3D打印工藝的原理示意圖(a);微結(jié)構(gòu)的SEM照片(b)
圖2 柔性網(wǎng)絡(luò)的裝配及機(jī)械柔性的演示
圖3 拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)過程中銅層應(yīng)變分布的有限元分析

參考文獻(xiàn):

  1. Liu Yiming,Xu Yeshou,Avila Raudel,Liu Chao,Xie Zhaoqian,Wang Lidai,Yu Xinge. 3D printed microstructures for flexible electronic devices.[J]. Nanotechnology,2019,30(41).
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