中國科大在柔性電子器件制備研究中取得重要進(jìn)展

中國科大信息學(xué)院趙剛課題組提出了一種結(jié)合納米纖維靜電紡絲和液態(tài)金屬模板印刷的新型柔性電子器件制備技術(shù)（圖1）。相關(guān)工作以“Stencil Printing of Liquid Metal upon Electrospun Nanofibers Enables High-Performance Flexible Electronics”為題發(fā)表于最新一期國際期刊《ACS Nano》。

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圖1.柔性電子器件構(gòu)造新策略

進(jìn)入信息時(shí)代以來，柔性電子技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，其已經(jīng)在電子皮膚、軟機(jī)器人、人機(jī)交互、可穿戴設(shè)備以及植入式醫(yī)療系統(tǒng)等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，簡(jiǎn)單的柔性電子器件已經(jīng)不能滿足日趨復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，因此多功能與高集成度的柔性電子系統(tǒng)亟待被研究與開發(fā)。目前，材料和制造技術(shù)仍然是制約柔性電子發(fā)展和商業(yè)化的主要因素，因?yàn)樵谌嵝噪娮釉O(shè)備的制造過程中，研究人員不僅要考慮其物理、化學(xué)和功能特性，還要考慮用戶的舒適度和安全性等。同時(shí)，日益嚴(yán)峻的環(huán)境和能源問題給人類社會(huì)的發(fā)展也帶來了巨大的挑戰(zhàn)，電子器件的可回收性、自愈性和可重構(gòu)性也成為開發(fā)人員需要考慮的關(guān)鍵問題。通過傳統(tǒng)材料和制造工藝獲得的柔性電子器件往往不能同時(shí)兼顧上述性能，并且制造過程通常需要昂貴的設(shè)備、復(fù)雜的步驟、高標(biāo)準(zhǔn)的操作環(huán)境和指定的材料特性。受限于這些因素，柔性電子的大規(guī)模集成和封裝以及多層柔性電子器件的制造仍然是一個(gè)棘手的問題。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，中國科大信息學(xué)院趙剛課題組提出了一種簡(jiǎn)單、快速、綠色化的柔性電子器件制備技術(shù)。通過靜電紡絲技術(shù)獲得熱塑性聚氨酯（TPU）納米纖維膜作為柔性基底，然后利用模板印刷在基底膜上構(gòu)造液態(tài)金屬（LM）圖案化電路（圖1）。此外，可以通過逐層組裝的策略來參數(shù)化制備柔性電路、電阻器、電容器、電感器及它們的復(fù)合器件。該方案制備的柔性電子器件具有優(yōu)異的可拉伸性、透氣性和穩(wěn)定性，同時(shí)它們是多層和可重構(gòu)的。研究人員演示了該策略的廣泛應(yīng)用前景例如：柔性顯示器、柔性應(yīng)變傳感器、柔性觸覺傳感器（圖2），柔性NFC通訊設(shè)備等，最后他們還演示了柔性電子設(shè)備的回收和重構(gòu)這一綠色化方案（圖3）。這種新穎的制造策略將對(duì)柔性電子產(chǎn)品的開發(fā)和商業(yè)化產(chǎn)生積極影響。

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圖2. 柔性電子器件應(yīng)用實(shí)例：超級(jí)可拉伸纖維、柔性顯示屏、觸覺傳感器等

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圖3.柔性電子器件的回收與重構(gòu)

中國科大信息學(xué)院博士生王蒙和馬超為該論文的并列第一作者，趙剛教授為該文章通訊作者。