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電流體動力打印與水轉(zhuǎn)印相結(jié)合,在不同曲面上低成本制造微尺度保形透明電極

供稿人:趙若森、賀健康 供稿單位:西安交通大學精密微納制造技術(shù)全國重點實驗室  發(fā)布日期:2025-05-31

保形電子學因其與各種曲線表面的出色兼容性和新功能的出現(xiàn)而受到越來越多的關(guān)注。其中,保形透明電極(CTE)因其在推動柔性的電子產(chǎn)品和醫(yī)療保健監(jiān)控設(shè)備的發(fā)展方面的潛力脫穎而出。科學界正在探索直接或間接制造CTE的各種技術(shù),例如采用激光直寫、表面光刻、噴墨打印和電流體動力打印等將CTE直接打印到復(fù)雜的目標表面上。然而,由于活化劑處理、特定基材或嚴格條件的要求,這些用于CTE的直接制造方法存在分辨率低且泛化性差的問題。

西安交通大學Ding Yi等人開發(fā)了一種結(jié)合電流體動力打印和水轉(zhuǎn)印的集成策略來制造微尺度銀網(wǎng) CTE。使用高粘度納米銀漿直接將微尺度電極印刷在非導(dǎo)電的水溶性聚乙烯醇(PVA)薄膜上,制造出的電極表現(xiàn)出對PVA膨脹的出色抵抗能力。水轉(zhuǎn)印的微尺度銀網(wǎng) CTEs 展現(xiàn)出高分辨率、可調(diào)的光電性能以及強大的機械穩(wěn)定性,在電學、熱學、傳感和機械性能方面優(yōu)于目前常用的制造方法。

圖一展示了該集成策略制造微尺度銀網(wǎng) CTE。制造過程包括四個關(guān)鍵步驟。首先,使用 電流體動力打印在非導(dǎo)電水溶性PVA薄膜的表面制造了微量銀網(wǎng)電極;其次,將表面印有微量銀網(wǎng)電極的PVA薄膜從導(dǎo)電玻璃基板上分離并轉(zhuǎn)移到水面上。通過精確控制水的溫度和溶解時間,確保 PVA 薄膜的穩(wěn)定溶解;第三,通過水轉(zhuǎn)印將微型銀網(wǎng)電極轉(zhuǎn)移到目標表面;最后,應(yīng)用簡單的后熱處理以固化殘留的PVA粘合劑并進一步增強銀網(wǎng)電極的導(dǎo)電性。

圖1 通過電流體動力打印和水轉(zhuǎn)印的集成策略在曲面制造微尺度銀網(wǎng)格CTE的示意圖

在PVA薄膜上通過電流體動力打印制造微型銀網(wǎng)電極后,水轉(zhuǎn)印是將電極轉(zhuǎn)移到目標表面以制造CTE的關(guān)鍵程序。PVA薄膜被用作介質(zhì),將微尺度銀網(wǎng)電極水印到不同的彎曲結(jié)構(gòu)和表面上。在初始階段,平面銀網(wǎng)狀電極漂浮在水的頂面上,并在10 s時出現(xiàn)皺紋。隨著 PVA 膜的膨脹,皺紋在30 s后消失。隨后PVA膜溶解,銀網(wǎng)電極在60秒時完全擴散。水轉(zhuǎn)印到 三維物體上的微型銀網(wǎng)格電極,具有四個不同的特征:球形、棱柱形、圓柱形和圓錐形表面。這些特征涵蓋可膨脹和不可膨脹的表面,從而驗證了水印 CTE 的保形能力。在各種三維物體表面的水轉(zhuǎn)印結(jié)果表明,CTE 在水轉(zhuǎn)印過程后始終表現(xiàn)出出色的貼合效果和連續(xù)線條。它們展示出卓越的貼合性能,并保持了電極的連續(xù)圖案。這種始終如一的卓越貼合能力使CTE 能夠在各種目標表面上靈活配置,從而證明了其在各種曲面經(jīng)濟高效地制造 CTE 的巨大潛力。

圖2 利用電流體動力打印和水轉(zhuǎn)印技術(shù)在不同曲面上制備微尺度銀網(wǎng)電極

本文展示了一種通過結(jié)合電流體動力打印和水轉(zhuǎn)印,在各種曲面上經(jīng)濟高效且直接地制造微尺度銀網(wǎng) CTE的制造新策略。所制造的微米級銀網(wǎng)電極對PVA膨脹具有出色的抗性。借助水轉(zhuǎn)印過程中PVA薄膜強大的貼合能力,這些CTEs對各種復(fù)雜曲率表面和不同基底材料表現(xiàn)出卓越的適應(yīng)性。所提出的電流體動力打印和水轉(zhuǎn)印集成策略為有效制造CTE開辟了新的途徑,并在微電子和可穿戴健康監(jiān)測方面具有廣闊前景。

參考文獻:

  1. Ding,?C. Xu,?W. Zhang,?Y. Di,?J. Yue,?K. Yu,?W. Wang,?D. Li,?J. He,?Integration of Electrohydrodynamic Printing and Hydroprinting for the Cost-Effective Fabrication of Microscale Conformal Transparent Electrodes on Diverse Curved Surfaces.?Small?2025, 2410919. https://doi.org/10.1002/smll.202410919
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