硅胶基衬底表面高分辨复杂可延展电路的印刷制备

 柔性可延展电子因其能够适应非平面工作环境,将突破现有电子器件的应用范围,促进信息与人的融合,在智能穿戴电子、柔性显示、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。本文提出利用印刷结合真空抽滤方法实现硅胶基衬底表面高分辨复杂可延展电路的制备;研究了丝网印刷工艺实现微孔滤膜表面银纳米线（Ag NWs）图形化沉积的分辨率;讨论了Ag NWs线长、抽滤真空度等因素对沉积分辨率的影响,实现了Ag NWs图形化50 μm线径分辨率及间隔分辨率。本文还研究了硅胶基衬底表面微电极的电阻均一性及拉伸电阻稳定性,并结合电极表面微结构的变化详细讨论了屈曲褶皱结构的出现对微电极拉伸电阻的影响,实现了100 μm线宽微电极100%拉伸幅度下电阻增加仅为初始值的40%。最后,通过集成LED芯片演示了面料基底表面柔性可延展发光电路。本研究对于柔性可延展电路的制备提供了新的思路。     

可延展柔性光子/电子集成器件专辑·编者按

正可延展柔性光子/电子器件改变了传统器件的刚性物理形态,极大拓展了光子/电子器件的发展模式与应用空间,已成为信息器件发展的重要方向之一.本专辑中,作者们紧密围绕可延展柔性光子/电子器件,从力学、物理、材料、化学、信息等不同领域,以多学科深度交叉驱动发展的视角,深入研究了可延展柔性器件的物理原理、新型材料、设计理论及制备方法等,并对该领域的发展趋势进行了展望.形状记忆聚合物作为一类智能材料,具有形状可控、模量可调等特点,在柔性电子器件领域受到越来越广     

石墨烯基墨水的制备及其在印刷电子中的应用

 石墨烯材料具有优异的导电性、柔性、化学稳定性等特征,在印刷电子领域中具有广阔的应用前景。概述了石墨烯材料的宏量制备方法,结合喷墨打印、丝网印刷和3D打印等方法介绍了石墨烯墨水制备的技术特点和要求,展示了石墨烯在印刷电子功能器件中的应用,主要类型包括透明导电薄膜、柔性电路、超级电容器和可穿戴传感器等。总结了该领域当前研究进展中存在的问题和挑战,从材料设计、加工制备和器件应用方面进行了展望。在未来发展中可通过丰富石墨烯打印线路的结构形式,并注重利用组装的策略增强结构有序性,实现多功能、高性能的器件制备和应用。     

面向柔性电子的形状记忆聚合物

与传统电子器件的刚性相比,柔性电子器件可弯曲、可延展,在诸如可穿戴设备等应用中显示出不可比拟的优势.现有柔性电子器件通常基于宏观平面设计,限制了其发展.形状记忆聚合物作为一类智能材料,具有形状可控、模量可调等特点,在电子器件方面受到了越来越广泛的关注.将形状记忆聚合物引入柔性电子器件,不仅可以更好地调节柔性电子器件的物理性能,还能使器件具有复杂的宏观三维立体结构,从而显示出更强大的功能.此外,形状记忆聚合物在柔性器件的制备上可以起到独特的作用.本文综述了形状记忆聚合物作为柔性电子基体材料和转印图章的发展过程及研究进展,并对该领域的未来发展方向进行展望.     

可延展柔性无机电子器件的转印力学研究综述

可延展柔性无机电子器件将无机电子材料与柔性基体巧妙结合,既保持了无机电子材料优越的电学性能,又具备良好的延展性,在显示、能源、医疗健康、人机交互等领域具有广泛的应用前景.但是无机电子材料无法在柔性基体上直接生长和加工.为解决这一难题,研究者发展了转印技术,将无机薄膜从其生长基体上剥离并印制到柔性基体上,成功实现可延展柔性无机电子器件的制备.本文简要综述了近年来转印技术的发展,阐述了各种转印技术的力学调控黏附机理,突出了力学在转印技术发展过程中的重要作用,并对未来转印技术的发展进行了展望.     

不同长径比银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极的制备和研究

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)因其优良的透光性和延展性等特点被广泛用作柔性透明电极,为了改善其导电性能及提高可加工性能,将利用连续多步法(SMG)合成的银纳米线(Ag NWs)和二甲基亚砜(DMSO)与之共同混合,形成稳定的杂化“墨水”。在玻璃衬底上,利用旋涂法制备的复合薄膜的导电性和透光性都较优异,其中最优的复合薄膜在550 nm波长处透光性达到了93. 5%,表面方块电阻为25Ω/sq。实验中发现长径比较长的Ag NWs制备的薄膜因其提供了较好的交叉网络和减少了纳米线间的节点电阻,性能会更加优越。将杂化墨水旋涂到柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的衬底上,其导电性和透光性差异不大,并且表现出良好的可折叠弯曲性,这将有望大规模应用于柔性器件。     

激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线制备及其光催化性能研究

本文采用激光织构与热氧化法相结合,以泡沫铜为基底制备具有微阵列结构的氧化铜纳米线(CuO NWs).采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对样品表面形貌及成分进行表征,讨论激光织构表面微结构对氧化铜纳米线生长的促进作用,设计不同的加工参数研究激光织构对氧化铜纳米线生长的影响,并通过光催化降解甲基橙溶液考察了CuO NWs的光催化性能.实验结果表明,经过激光织构的泡沫铜能增大纳米线的生长面积,提高样品表面氧元素的含量,有效地促进生长过程中氧化铜纳米线长度和密度的提高.不同的激光参数对纳米线的生长产生一定影响,具有良好的调控作用.CuO NWs光催化降解甲基橙的降解率可达97%,循环测试5次后的降解率仍可保持在96%,可见其稳定性良好,而且其片状结构更易回收,重复利用率高,具有优异的光催化性能.     

基于碳纳米材料的柔性薄膜器件研究

近年来,可穿戴或贴合式的传感器在实时生理监测、特殊环境信号检测等领域的需求日益凸显,柔性传感器成为当前研究的热点.碳纳米管(CNT),由于其独特的电学和力学性能,在新型电子器件的发展中扮演着越来越重要的角色.本文介绍了几类典型的基于碳纳米管的柔性红外传感器和微压力传感器.在柔性红外传感器的研制中,利用碳纳米管与SiO_2的界面以及不同掺杂的CNT形成的p-n结,设计和制备了两种不同类型的高灵敏度柔性红外传感器,实验结果证明界面载流子行为对传感器的响应速度有重要的影响.另一方面,利用碳纳米管的优秀导电性,设计和制备了两种力传感器.通过银纳米颗粒修饰的碳纳米管制备的柔性拉力传感器,兼具高拉伸度和高灵敏度,具有优秀的应变系数.此外,利用碳纳米管和三棱锥的微结构制备了响应灵敏的微压力传感器,具有优秀的响应幅度与响应速度.     

应用于433 MHz的柔性低噪声放大器设计

随着柔性电子设备在越来越多的领域得到关注，具有可延展弯曲特性的柔性电子技术已经被广泛应用于可穿戴、健康检测等新型电子设备.虽然目前国内外在高速柔性电子领域已有众多研究，但研究成果大都关注高速晶体管和高速柔性电子分立器件的设计制造，对柔性电路设计与柔性器件对电路性能的影响的研究非常有限.介绍基于PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）基板的柔性单晶硅TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)以及相同衬底工艺制作的柔性电容电感，并以此为核心设计了柔性两级低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA），最终在433 MHz的工作频率附近实现了具有13.2 dB增益、12 dBm的1 dB压缩点以及3.4 dB噪声系数的柔性低噪声放大器.讨论了柔性电容电感在弯曲态下对放大器增益以及噪声系数的影响，比较了柔性与硬质基底电路的性能差异，扩展了柔性电路在射频领域的应用，为更高频率下和更复杂结构的柔性电路设计提供了指导.     

厦门柔性电子产业现状与发展建议

柔性电子(Flexible Electronics)是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术.柔性电子可实现电子器件弯曲、折叠、延展,扩展了电子器件对产品尺寸、空间的不同要求的适应性,实现电子设备微小化、精细化,触发了电子设备新形态的产生.同时,柔性电子轻量化的特点对有重量要求的电子产品提供了新...     

氧化石墨烯墨水的制备及直写图案化

 采用改进的Hummers法制备宽度分布范围为30~70 μm的大尺寸氧化石墨烯及其墨水,并通过直写打印实验,研究了最佳打印条件和氧化石墨烯墨水直写图案化。结果表明,当氧化石墨烯浓度为15 mg/mL、打印压力为70 kPa、线速度为3 mm/s时,打印线条流畅,形貌精细可控;还原剂为15%氢碘酸、还原时间为3 h时,打印线条的还原程度最高,且电性能最佳,电导率可达4.40×10⁴ S/m,远超过现有打印技术的石墨烯图案电导率;实现了氧化石墨烯墨水在亲水聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、玻璃、硅片等多种柔性和非柔性基底上的图案化直写打印,且经还原处理的氧化石墨烯图案可作为连接导线实现发光二极管的集成,对于石墨烯基印刷电子器件的发展具有重要意义。     

超电锂电用柔性电极材料制备方法研究进展

随着可穿戴电子器件的发展,开发具有柔性结构的电极受到储能领域研究人员的高度重视.研究认为,具有高韧性的柔性复合电极在小型可穿戴电子器件储能设备中有广阔的发展前景,尤其是在商用小型锂离子电池和超级电容器领域,柔性电极更应具有柔韧性和稳定性优势.基于此,笔者从柔性电极的构建出发,综述了最近柔性电极制备方法的研究进展,并展望了柔性电极的未来发展趋势.     

功能高分子材料在柔性电子领域研究进展

柔性电子是基于柔性有机/无机功能材料、柔性/可延展基底并结合相应加工工艺得到的新型电子器件.与传统电子器件刚且硬的缺陷相比,柔性电子优秀的力学性能(柔性化和可拉伸等)使其更加适用于可穿戴电子、人机交互、软体机器人等尖端电子领域.自柔性电子起始阶段,高分子材料就被视为实现柔性电子技术走向应用的关键材料,例如柔性高分子基底材料、高分子界面改性材料、柔性高分子功能材料等.借助于高分子材料的优秀性能,半导体技术突破了传统材料的限制,实现了电子器件的柔性化,而且极大地拓展了柔性电子在生物医学、柔性显示屏、能量存储与转换器件以及人机交互等领域的应用.然而随着柔性电子技术的不断发展,现有的技术水平已经不能满足应用领域的苛刻需求,亟需在功能材料研究上获得突破.目前,研发用于柔性电子的新型功能高分子材料被视为解决这一问题的突破点之一.因此,本文基于本课题组的相关工作,综述了近期功能高分子材料在柔性电子领域的相关研究进展,基于柔性电子器件的组成角度以及加工工艺角度,从柔性电子中的三种关键材料(柔性基底材料、界面改性材料、柔性功能材料)出发,分析功能高分子材料在柔性电子领域的研究现状以及发展前景.     

基于非均匀分布微结构的柔性压力传感器性能调控

[目的]为了适应柔性压力传感器面向特定应用的定制化设计需求,提出一种基于非均匀分布微结构的电容式柔性压力传感器,开展传感器性能调控研究.[方法]首先,基于敏感层微结构非均匀分布方式,提出一种灵敏度预测模型,并通过与实际测试结果的对比分析,验证模型的正确性.其次,研究当介电层微结构为微圆台时,不同微圆台顶面半径、高度、底面半径等几何参数以及次级微结构对传感器灵敏度和线性范围的影响.最后,基于该调控方法制备了综合性能良好的多级非均匀微结构分布的柔性压力传感器,进行性能测试与应用测试.[结果]非均匀分布微结构柔性压力传感器的灵敏度与微结构的分布及几何参数密切相关.通过对微结构分布的调控可筛选出具有最优灵敏度的传感器,对敏感层微结构几何参数的调控可实现对柔性压力传感器性能的调控.[结论]该性能调控方法对面向特定应用的传感器定制化设计具有一定的指导价值.     

多股并联蛇形导线无线充电线圈的力电特性分析及优化设计

无线充电系统的电能利用率和功能可靠性是人们关注的重要问题。为获得高弹性延伸率、低电阻的柔性电感线圈,提出了多股并联蛇形导线无线充电线圈的设计思路。首先,对比研究了多股并联蛇形导线和单股蛇形导线的电学性能和弹性延伸率,证明了多股并联导线的优势。同时考察了导线厚度,直线段长度以及圆弧段半径和圆心角对蛇形导线的电学性能和弹性延伸率的影响。结果表明,直线段长度、圆心角、圆弧段半径是影响蛇形导线的弹性延伸率的敏感参数。最后,通过正交实验优化了影响蛇形导线弹性延伸率和电阻的敏感参数,优化后的柔性可延展线圈的电阻降低了13.5%和弹性延伸率提高了34.3%。研究结果为柔性可延展的无线充电线圈优化设计提供理论指导。     

纳米纸在绿色电子器件中的研究进展

 纳米纸是由纳米纤维素自组装形成的二维薄膜材料,具有高透明性和极低的表面粗糙度,是一种理想的柔性电子器件基底材料。与合成高分子基底材料相比,纳米纸可以生物降解,为绿色电子器件的制备提供了条件。本文梳理了纳米纸的制备工艺、纳米纸的特点及纳米纸在柔性绿色电子器件,尤其是场效应晶体管、能源器件和发光器件等方面的应用。针对纳米纸在大规模低成本制备、在柔性绿色电子器件中存在的问题进行了分析,并对纳米纸在生物传感中的应用进行了展望。     

机器人柔弹性仿生电子皮肤研究进展

仿生电子皮肤触觉传感器是实现机器人智能化发展的先决条件,机器人等复杂的三维载体表面或活动关节部位接触压力感知的可延展的柔弹性电子皮肤高柔性、高弹性和灵活可调等适形性要求高且具有广阔的应用前景。由于常用的无机半导体材料和金属材料及其化合物断裂极限应变较低,难以满足可延展的柔弹性电子皮肤的要求,因此,具有可延展性的二维纳米膜、纳米带或一维纳米线等电极或互联导体得到广泛应用;基于力学屈曲的薄膜-基板结构和纳米级导电元件的结构设计可有效改善无机材料的受力情况,明显提高材料整体的可拉伸性;采用纳米制造等新型技术制备的新型材料和结构一体化使得可延展的柔性电子皮肤的柔弹性显著提高。高柔弹性仿生电子皮肤触觉传感器可提高机器人的环境适应性,有利于机器人与人类之间建立起一种新型的人机共融模式。     

Ag层厚度对Ag/Fe/Ag薄膜的微结构和磁特性的影响

室温下,利用直流对靶磁控溅射设备制备了Ag(x)/Fe(35nm)/Ag(x)系列薄膜,x=1,2,3,4nm.利用扫描探针显微镜(SPM)观测了样品的表面形貌及磁畴结构,应用X射线衍射仪(XRD)分析了样品的晶体结构,通过振动样品磁强计(VSM)测量了样品的磁特性.研究表明,非磁性Ag层厚度对Ag/Fe/Ag系列薄膜的微结构和磁特性有很大的影响.SPM观测显示,随Ag层厚度增加磁畴尺寸呈现先减小后增加的趋势.VSM结果显示,矫顽力的变化与磁畴尺寸的变化趋势是一致的,x=3nm时,垂直膜面矫顽力达到最大.     

可延展柔性光子/电子集成器件及转印技术

基于无机半导体材料的光子/电子集成器件,是现代信息系统的重要组成部分和基础支撑.人与信息的交互融合是信息技术的主要发展方向,这种新的信息交互手段对电子集成器件提出了可延展柔性化的需求,以实现物理世界、信息数据和人类社会资源的综合利用.可延展柔性化的集成器件,可突破传统刚性无机集成器件不可变形、无法与人体曲面环境集成的瓶颈,极大拓展了传统半导体器件的物理形态及应用范围,也必将在健康医疗、脑机融合、物联网等领域产生巨大影响.本文对可延展柔性光子/电子集成器件的基本原理和设计方法进行了详细介绍,并以大脑、心脏和皮肤可集成的可延展柔性无机电子集成器件为例展示了其在生物医疗方面的应用价值,然后介绍了可延展柔性光子/电子集成器件的转印制备技术,最后展望了其未来发展方向.     

模拟太阳光照射下Fe掺杂与Ag复合ZnO纳米材料的光催化性能研究

利用高分子网络凝胶法制备了Fe掺杂与Ag复合的ZnO纳米复合材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱(XPS)研究分析了样品的微结构和形貌与成分变化,采用光致发光(PL)和紫外-可见吸收谱(UV-vis)对样品的光学性质进行表征.在模拟太阳光照射下,以亚甲基蓝为光催化反应模型化合物,考察了掺杂对光催化活性的影响.无论是单复合Ag还是Fe掺杂后再Ag复合,光催化性能都优于ZnO.特别是同时进行Fe掺杂与Ag复合的ZnO,其光催化性能显著提高.结合微结构表征和光学测试,对ZnO及掺杂ZnO的光催化机理进行了讨论.