導讀

最近，美國北卡羅萊納州立大學的研究人員開發出一種采用金屬直接印刷電路的新型技術，可以制造出柔性、可拉伸的電子設備。這項技術采用了多種金屬和基闆，并與采用直接印刷技術的現有制造系統兼容。

背景

傳統的電子産品，通常給我們以一種“堅硬”的印象，無法被拉伸和彎曲。柔性電子，憑借其可彎曲、可伸縮、超輕薄、低功耗、耐用、便攜、舒适等特點，已經成為電子業界未來一項重要創新發展趨勢。然而，柔性電子産品未來要從實驗室走向大規模市場化商用，“制造成本和大規模量産”仍是關鍵性挑戰。

（圖片來源：哈佛大學維斯生物啟發工程研究所）

然而，随着半導體新材料技術發展，特别是溶液化的有機和無機半導體材料的研發，利用傳統印刷技術制造各種電子元器件變得可能。溶液化有機與無機半導體材料的最大特點就是：不依賴于基底材料的導體或半導體性質，可以以薄膜形态，通過蒸發、旋塗或印刷的方式沉積到任何材料上。

（圖片來源：劍橋大學）

印刷電子可以印刷任何可以油墨化的材料，制作在任何襯底材料上，因此印刷電子與有機電子、塑料電子、紙電子、柔性電子、透明電子、可穿戴電子都有相通性。印刷電子技術具有低成本、大面積、柔性化等優勢。該技術已經應用于柔性電子産品的制造，筆者介紹過這方面許多的創新案例，這裡就不一一列舉了。

創新

最近，美國北卡羅萊納州立大學的研究人員開發出一種采用金屬直接印刷電路的新型技術，可以制造出柔性、可拉伸的電子設備。這項技術使用了多種金屬和基闆，而且與采用直接印刷技術的現有制造系統兼容。

（圖片來源：Jingyan Dong / 北卡羅萊納州立大學）

技術

這項技術采用現有的靜電印刷技術，它已經在許多使用功能性油墨的制造工藝中使用過。但是，研究論文的通訊作者、北卡羅萊納州立大學 Edward P. Fitts 工業和系統工程系副教授 Jingyan Dong 領導的團隊，采用的不是功能性油墨，而是熔化的金屬合金，其熔點低至60攝氏度。研究人員的技術演示使用了三種不同的合金，打印到四種不同的基闆：玻璃、紙張、兩種可拉伸的聚合物上。Dong 表示，這是直接印刷，不用掩膜、不用刻蝕、不用模具，讓工藝變得更加簡單直接。

研究人員在聚合物基闆上測試了電路的彈性，發現在1000次彎曲後，電路的導電性仍不受影響。即使被拉伸至拉伸應變的70%，電路仍可以穩定導電。研究人員也發現，即使電路被彎曲或者拉伸過度，它們也能夠自我複原。Dong 認為，因為熔點低，你可以簡單地加熱受影響的區域，使其達到70攝氏度，然後金屬會流回到一起，修複相關損傷。

研究人員通過制造高密度觸摸傳感器，将一個400像素的陣列放入一平方厘米區域中，演示了該印刷技術的功能。Dong 表示，他們已經演示了該方案的彈性和功能性，他們很樂意與工業部門合作，在制造可穿戴傳感器或者其他電子設備方面實現這項技術。

價值

Dong表示，這種方案降低了成本，提供一種制造高分辨率電路的高效途徑，讓它們可以集成到商用設備中。

關鍵字

柔性、可穿戴技術、印刷電子

參考資料

【1】https://news.ncsu.edu/2017/12/metal-printing-electronics-2017/

【2】Yiwei Han, Jingyan Dong. Electrohydrodynamic (EHD) Printing of Molten Metal Ink for Flexible and Stretchable Conductor with Self-Healing Capability. Advanced Materials Technologies, 2017; 1700268 DOI: 10.1002/admt.201700268

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