液态金属纸基柔性电子电路转印技术问世

【前言】

纸张是人们日常生产生活中最为常见的一种材料，近年来在纸基材料上制作柔性电路的研究不断涌现，并且纸基电子作为一种低成本的柔性电子产品，在智能传感、可穿戴设备、生物医疗以及教育领域具有广阔的应用前景。

【成果简介】

近日，来自清华大学医学院、中科院理化所及北京梦之墨科技有限公司的刘静教授团队成功研发出一种基于液态金属的纸基转印柔性电子的制备技术，并探索了其在柔性电子、纸基机器人等领域的应用可行性。该研究成果以“适应于在较宽范围基底上制造柔性电子的液态金属一步转印法”（One-Step Liquid Metal Transfer Printing: Toward Fabrication of Flexible Electronics on Wide Range of Substrates）为题发表在国际知名期刊Advanced Materials Technologies上，论文第一作者为博士生国瑞，通讯作者为清华大学刘静教授和理化所饶伟研究员。

研究小组发现，液态金属镓铟合金暴露在空气中被氧化后，其表面形成的氧化膜在不同材料表面的粘附力存在明显差异。一般而言，液态金属在纸张材料上的粘附性往往较差，同时，大量实验则发现，液态金属在一种高分子聚合物材料——聚丙烯酸甲酯（PMA）基底上却具有异常高的粘附力。因此，研究小组基于液态金属在不同基底表面上的黏附性差异机制，建立了一种高效的液态金属电子转印方法：首先将对液态金属粘附性较好的PMA胶水，按预先设计好的电路图案印刷制备到对液态金属粘附性较差的纸张表面上，之后再将经过特殊处理的纸张平铺在液态金属表面，通过施加一定的压力，即可将液态金属牢固的转印到纸基底上，经过一定组装和集成，最终形成所需要的目标电子电路。而在此之前，要将液态金属自动地直接印刷到纸张上尚存在很大技术困难。

【图文导读】

图1 

a）基于液态金属的纸基转印柔性电路的制备流程示意图；b）纸基液态金属LED阵列电路在弯曲和弯折状态下的电路稳定性测试；c）纸基液态金属电路制作的纸质电子工艺品；d）纸基3D立体电路。

图2

a）基于液态金属转印技术制备的纸基大面积电路或图案；b）纸基液态金属电路的可修复能力展示。

【小结】

此次建立的新型纸基电子电路制备方法成本低、简便快捷，可迅速制备大面积电路。转印在纸基上的液态金属电路不仅具有良好的导电性，而且可以保持极佳的电学稳定性，即使在纸张弯折变形状态下，液态金属电路仍能够保持电路连接的稳定性。此外，该方法制备的纸基液态金属电路具有良好的自修复能力，易于用作制备可重构天线等电子装置。最后，文章提出了一种使用酸性溶液回收纸基液态金属电路的方法，这为进一步降低液态金属电路的制造成本、实现资源再利用以及保护环境提供了可能。

文章链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201800265

本文由清华大学医学院微纳医学实验室学生国瑞供稿，材料人编辑部Alisa编辑，材料牛整理。

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