液態金屬紙基柔性電子電路轉印技術問世

【前言】

紙張是人們日常生產生活中最為常見的一種材料，近年來在紙基材料上制作柔性電路的研究不斷涌現，并且紙基電子作為一種低成本的柔性電子產品，在智能傳感、可穿戴設備、生物醫療以及教育領域具有廣闊的應用前景。

【成果簡介】

近日，來自清華大學醫學院、中科院理化所及北京夢之墨科技有限公司的劉靜教授團隊成功研發出一種基于液態金屬的紙基轉印柔性電子的制備技術，并探索了其在柔性電子、紙基機器人等領域的應用可行性。該研究成果以“適應于在較寬范圍基底上制造柔性電子的液態金屬一步轉印法”（One-Step Liquid Metal Transfer Printing: Toward Fabrication of Flexible Electronics on Wide Range of Substrates）為題發表在國際知名期刊Advanced Materials Technologies上，論文第一作者為博士生國瑞，通訊作者為清華大學劉靜教授和理化所饒偉研究員。

研究小組發現，液態金屬鎵銦合金暴露在空氣中被氧化后，其表面形成的氧化膜在不同材料表面的粘附力存在明顯差異。一般而言，液態金屬在紙張材料上的粘附性往往較差，同時，大量實驗則發現，液態金屬在一種高分子聚合物材料——聚丙烯酸甲酯（PMA）基底上卻具有異常高的粘附力。因此，研究小組基于液態金屬在不同基底表面上的黏附性差異機制，建立了一種高效的液態金屬電子轉印方法：首先將對液態金屬粘附性較好的PMA膠水，按預先設計好的電路圖案印刷制備到對液態金屬粘附性較差的紙張表面上，之后再將經過特殊處理的紙張平鋪在液態金屬表面，通過施加一定的壓力，即可將液態金屬牢固的轉印到紙基底上，經過一定組裝和集成，最終形成所需要的目標電子電路。而在此之前，要將液態金屬自動地直接印刷到紙張上尚存在很大技術困難。

【圖文導讀】

圖1?

a）基于液態金屬的紙基轉印柔性電路的制備流程示意圖；b）紙基液態金屬LED陣列電路在彎曲和彎折狀態下的電路穩定性測試；c）紙基液態金屬電路制作的紙質電子工藝品；d）紙基3D立體電路。

圖2

a）基于液態金屬轉印技術制備的紙基大面積電路或圖案；b）紙基液態金屬電路的可修復能力展示。

【小結】

此次建立的新型紙基電子電路制備方法成本低、簡便快捷，可迅速制備大面積電路。轉印在紙基上的液態金屬電路不僅具有良好的導電性，而且可以保持極佳的電學穩定性，即使在紙張彎折變形狀態下，液態金屬電路仍能夠保持電路連接的穩定性。此外，該方法制備的紙基液態金屬電路具有良好的自修復能力，易于用作制備可重構天線等電子裝置。最后，文章提出了一種使用酸性溶液回收紙基液態金屬電路的方法，這為進一步降低液態金屬電路的制造成本、實現資源再利用以及保護環境提供了可能。

文章鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201800265

本文由清華大學醫學院微納醫學實驗室學生國瑞供稿，材料人編輯部Alisa編輯，材料牛整理。

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