【前言】

紙張是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)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(xiàn)，并且紙基電子作為一種低成本的柔性電子產(chǎn)品，在智能傳感、可穿戴設(shè)備、生物醫(yī)療以及教育領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【成果簡(jiǎn)介】

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

研究小組發(fā)現(xiàn)，液態(tài)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(tài)金屬在紙張材料上的粘附性往往較差，同時(shí)，大量實(shí)驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)，液態(tài)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(tài)金屬在不同基底表面上的黏附性差異機(jī)制，建立了一種高效的液態(tài)金屬電子轉(zhuǎn)印方法：首先將對(duì)液態(tài)金屬粘附性較好的PMA膠水，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案印刷制備到對(duì)液態(tài)金屬粘附性較差的紙張表面上，之后再將經(jīng)過特殊處理的紙張平鋪在液態(tài)金屬表面，通過施加一定的壓力，即可將液態(tài)金屬牢固的轉(zhuǎn)印到紙基底上，經(jīng)過一定組裝和集成，最終形成所需要的目標(biāo)電子電路。而在此之前，要將液態(tài)金屬自動(dòng)地直接印刷到紙張上尚存在很大技術(shù)困難。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1

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

圖2

a）基于液態(tài)金屬轉(zhuǎn)印技術(shù)制備的紙基大面積電路或圖案；b）紙基液態(tài)金屬電路的可修復(fù)能力展示。

【小結(jié)】

此次建立的新型紙基電子電路制備方法成本低、簡(jiǎn)便快捷，可迅速制備大面積電路。轉(zhuǎn)印在紙基上的液態(tài)金屬電路不僅具有良好的導(dǎo)電性，而且可以保持極佳的電學(xué)穩(wěn)定性，即使在紙張彎折變形狀態(tài)下，液態(tài)金屬電路仍能夠保持電路連接的穩(wěn)定性。此外，該方法制備的紙基液態(tài)金屬電路具有良好的自修復(fù)能力，易于用作制備可重構(gòu)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(tài)金屬電路的方法，這為進(jìn)一步降低液態(tài)金屬電路的制造成本、實(shí)現(xiàn)資源再利用以及保護(hù)環(huán)境提供了可能。