柔性電路：可通過(guò)3D打印制造

據德國電子同步加速器研究所(DESY)官網(wǎng)近日報道，該機構與漢堡大學(xué)合作開(kāi)發(fā)出一項適合3D打印技術(shù)的工藝，它可以用于制造透明并具有機械柔性的電子電路。



背景

柔性電子，是近年來(lái)非常熱門(mén)的一項新興技術(shù)。不同于傳統電子器件給我們帶來(lái)的僵硬呆板的印象，柔性電子產(chǎn)品能在一定范圍的形變(彎曲、折疊、扭轉、壓縮或拉伸)條件下正常工作。






目前，柔性電子已經(jīng)成為交叉學(xué)科中的研究熱點(diǎn)之一，它涵蓋有機電子、塑料電子、生物電子、納米電子、印刷電子等領(lǐng)域，其產(chǎn)品包括RFID、柔性顯示、OLED顯示與照明、柔性傳感器、柔性光伏、柔性邏輯與存儲器件、柔性電池、可穿戴設備、電子皮膚等。





創(chuàng )新

近日，德國漢堡大學(xué)與德國電子同步加速器研究所(DESY)的合作開(kāi)發(fā)了一項適合3D打印技術(shù)的工藝，它可以用于制造透明并具有機械柔性的電子電路。這些電子器件由銀納米線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成，這些銀納米線(xiàn)可以懸浮地打印，并嵌入到各種柔性和透明塑料(聚合物)中。

根據漢堡大學(xué)托姆克·格勒(Tomke Glier)以及她的同事們在《科學(xué)報告(Scientific Report)》期刊上的報道，這項技術(shù)可以開(kāi)啟新的應用，例如打印發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池或者具有集成電路的工具。目前，研究人員們正在演示他們的工藝在制造柔性電容以及其他產(chǎn)品方面的潛力。



技術(shù)

來(lái)自DESY、漢堡大學(xué)、馬克斯·普朗克學(xué)會(huì )聯(lián)合打造的自由電子激光科學(xué)中心(CFEL)的米歇爾·呂布豪森(Michael Rübhausen)表示：“這項研究的目標在于為不同的應用設計可3D打印的聚合物。通過(guò)我們的新方案，我們想要將電子器件集成到現有的結構單元中，并改進(jìn)元器件的體積與重量。”

這位漢堡大學(xué)物理系教授與DESY研究員、位于斯德哥爾摩的瑞典摩皇家理工學(xué)院教授史蒂文·羅斯(Stephan Roth)一起領(lǐng)導了這個(gè)項目。采用來(lái)自DESY研究光源PETRA III的明亮光線(xiàn)以及其他的測量方法，團隊精準地分析了聚合物中納米線(xiàn)的特性。

格勒解釋道：“這項技術(shù)的核心就是銀納米線(xiàn)，它形成了導電網(wǎng)絡(luò )。”一般來(lái)說(shuō)，銀線(xiàn)的厚度為幾十納米，長(cháng)度為10到20微米。詳細的X光分析表明，聚合物中納米線(xiàn)的結構并沒(méi)有發(fā)生變化，但是網(wǎng)格的導電性由于聚合物的擠壓而得到了提升，因為聚合物在固化過(guò)程中產(chǎn)生了收縮。

銀納米線(xiàn)懸浮地施加到基底上并且變干。DESY X射線(xiàn)光源PETRA III的P03測量站(X射線(xiàn)研究發(fā)生的地方)的領(lǐng)頭人羅斯解釋道：“由于成本因素，目標就是以盡可能少的納米線(xiàn)實(shí)現最高的導電性。這也將提升材料的透明度。他們通過(guò)這種方式，一層接一層地制造出導電路徑或者表面。”柔性聚合物被施加到導電軌跡上，然后它會(huì )被導電軌跡和接觸覆蓋。根據幾何形狀和使用的材料，各種導電元件都可以通過(guò)這種方式印刷。

在這篇論文中，研究人員們制造了一個(gè)柔性電容。格勒解釋道：“在實(shí)驗室中，我們展開(kāi)了分層工藝中的單獨工作步驟，但是實(shí)際上他們之后會(huì )被完全轉移至3D打印機。”呂布豪森表示：“然而，傳統的3D打印技術(shù)通常為了單獨的印刷墨水進(jìn)行優(yōu)化。為此，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)傳統的3D打印技術(shù)也很有必要。在基于噴墨的工藝中，打印噴嘴會(huì )被納米結構阻塞。”

未來(lái)

下一步，研究人員們想要測試由納米線(xiàn)組成的導電路徑結構如何在機械壓力下產(chǎn)生改變。針對這個(gè)問(wèn)題，羅斯表示：“在彎曲時(shí)，這些網(wǎng)絡(luò )能在一起保持得多好?聚合物能夠保持得多穩定?X射線(xiàn)非常適合于研究這些問(wèn)題，因為它是我們深入研究材料并且分析導電路徑與納米線(xiàn)表面的唯一途徑。”