室温下印刷柔性电子器件取得新突破

柔性化的电子器件已然成为未来电子技术发展的主流。这种具有可折叠性、可穿戴性及延展性等功能的设备将在可弯曲手机与电池、柔性显示器与电子纸、人体疾病诊断与体质适时监测、仿人体皮肤与传感器设计等方面得到广泛应用。它在满足器件基本功能的同时,能够通过自身形状变化来抵抗外界作用力,延长器件的使用寿命。其低功耗、廉价等特点使得柔性电子凸显出巨大的商业价值。

柔性电极作为柔性器件不可或缺的组成部分,将对器件整体的柔性性能产生明显的影响。为了实现柔性器件制造,科学家们已经开发出一系列基于导电聚合物、碳材料以及金属纳米线的柔性电极。金属材料由于具有良好的导电性能,耐老化性能、价格低廉而且易量产等优点备受青睐。然而虽然退火处理或激光烧结可以提高电极的导电特性,但是高温过程对基底有一定的要求,不利于大多聚合物基底的使用。加之高模量金属与柔性基底之间的模量不匹配问题易导致器件从基底脱落或者断裂,使得器件性能急剧下降。

AM-zhemgzijian

近期,香港理工大学郑子剑研究团队在室温印刷柔性电子器件方面取得突破:他们设计了一种对紫外光敏感且可金属化的聚合物油墨,并借助团队开发的聚合物辅助无电沉积技术,实现了柔性太阳能电池、计算器、化学传感器以及薄膜型晶体管制备。聚合物油墨廉价、制备简单、稳定性好且可实现公斤级制备,同时其化学修饰过程可控性强,可在空气环境下进行,因而可被广泛用于工业化器件制造。该过程避免了高温处理过程对器件带来的潜在危害,解决了金属与柔性基底间的界面问题,提高了器件的柔性性能并大大降低了器件制造成本。在保持传统热蒸镀器件优良性能的同时,利用该类方法所获的器件表现出优良的柔性性能。该聚合物油墨适用范围广,可实现所有以有机材料作为基底的柔性金属电极制备,且能够用于软光刻成型(soft lithography molding)、丝网印刷(screen printing)和喷墨打印(inkjet-printing)等图案化过程,实现从微米级到毫米级分辨率图案和器件制备。

文中展示了多种具有平面结构和多层次三维结构器件打印制备。考虑到当今集成电路多以电阻器和晶体管组成,因而该方法为低温高通量印制柔性器件提供了新思路,具有一定的理论与现实意义。相关工作发表在Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201505119)上。