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全打印制备高精度多层柔性电路

印刷电子技术可利用高效环保地印制出电路、晶体管、太阳能电池等电子器件。在多种印刷电子技术中,喷墨打印可以直接将功能材料图案化制备各种器件,因而近年来受到广泛的关注。但喷墨打印的墨滴扩散问题限制了其在高精度、高集成电路领域的应用。中国科学院化学研究所宋延林研究员课题组对打印墨滴的扩散和融合问题进行了深入系统的研究,利用“液膜打印”方法巧妙地解决了打印墨滴的扩散问题,制备了高精度的嵌入式微型电缆及高集成度的柔性透明多层电路。


全打印制备高精度多层柔性电路


目前解决打印墨滴铺展的方法主要是通过在打印基材上预先制备出限阈结构,或对基材做低表面能修饰,使打印墨点只能在特定的区域铺展。这两种方法只能一定程度上抑制墨滴扩散,并受到很多限制:前者需要光刻技术制备图案,后者容易导致墨滴无法融合成线。为了解决这一问题,宋延林研究团队首次在喷印电路领域引入可聚合的液态薄膜作为打印基材,利用液态基材的流动性实现墨滴的包裹和封装,从而实现了对墨滴扩散的完全抑制。由于喷墨打印墨水粘度较低,控制低粘度墨滴进入另外一种液体,并在液体内部融合成线非常具有挑战性。他们通过调控液态基材的流变行为和导电墨水性质解决了这一问题,实现了液态基材对墨滴的可控包裹,有效抑制了墨滴的扩散和“咖啡环”效应。基此,他们利用喷孔孔径为25 μm的普通商用打印机制备了线宽约1 μm的导电银线,比通常的喷墨打印精度提高了约20倍。所制备的高精度电路直接嵌入在基材内部,避免了后续的封装步骤。电学测试表明这种方法制备的嵌入式微型电缆具有优异的导电性能。他们进一步利用这种“液膜嵌入式打印”,采取Layer-by-Layer的方式直接打印实现了多层电路的制备,达到了60 μm透明薄膜内嵌入三层电路的集成度。


该工作中的“液膜嵌入式打印”是一种普适的方法,同样适用于碳纳米管、石墨烯等导电材料。对提高打印电路精度和集成度、制备超高透明嵌入式电子器件具有重要意义,并为打印制备高集成度、高精度的三维结构电路奠定了技术基础。该研究成果发表在近日出版的Advanced MaterialsDOI: 10.1002/adma.201503682)上。




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