柔性电路(该技术在曲面上打印柔性电路，从隐形眼镜到乳胶手套)

Posted 2023-05-29

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柔性电路(该技术在曲面上打印柔性电路，从隐形眼镜到乳胶手套)

【导读】：一种基于微成型的金属纳米线可扩展打印方法，该方法可在柔软的曲线和不均匀基板上实现复杂且高导电性的图案，具有高分辨率和均匀性。打印分辨率为 20 μm，打印图案的电导率为 ~6.3×106S/m 已实现。还实现了透明导电电极（TCE）厚度均匀的网格结构的印刷，以及在手套和隐形眼镜等曲面上直接印刷压力传感器。印刷混合软TCE和智能隐形眼镜分别在光电器件和个人健康监测方面显示出广阔的应用前景。这种打印方法可以扩展到其他纳米材料，用于高性能软电子的大规模打印。

虽然可印刷电子产品领域前景广阔，但在曲面上印刷电路仍然非常具有挑战性。一种新技术大大简化了这样做的过程，有可能允许新型电子设备。

北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种将电子电路直接印刷到曲面和波纹表面上的新技术。这项工作为各种新的软电子技术铺平了道路，研究人员利用该技术创造了原型“智能”隐形眼镜，压敏乳胶手套和透明电极。

“有许多现有的技术可以使用各种材料创建印刷电子产品，但存在局限性，”该研究论文的通讯作者Yong Zhu说。“一个挑战是，现有技术需要在用于打印电路的'墨水'中使用聚合物粘合剂。这会损害电路的导电性，因此您必须在打印后加入一个额外的步骤来去除这些粘合剂。

“第二个挑战是，这些打印技术通常需要你在平坦的表面上打印，但许多应用需要不平坦的表面，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程的Andrew A. Adams杰出教授Zhu说。

新打印技术

新技术的第一步是为相关应用创建一个模板，其中包含特定图案的微尺度凹槽。然后使用该模板在薄的弹性聚合物薄膜中复制该图案。然后，研究人员将聚合物薄膜附着在相关基材上，该基材可以是平坦的或弯曲的。此时，聚合物中的微小凹槽充满含有银纳米线的液体溶液。允许溶液在室温下干燥，在具有所需形状和电路图案的软材料中留下银纳米线。

为了演示这项技术，研究人员创建了三个概念验证原型。一种是带有内置电路的“智能”隐形眼镜，可用于测量眼睛的流体压力 - 这与某些生物医学应用有关。一种是柔性透明电极，其电路以网格图案印刷，可用于太阳能电池或触摸屏。第三种是乳胶手套，上面印有电路，用作压力传感器，在机器人和人机界面应用中有应用。

“我们认为，就制造业而言，这可以很容易地扩大规模，”朱说。“我们愿意与有兴趣探索这项技术潜力的行业进行交谈。

用于眼压监测的印刷智能隐形眼镜：

为了在软性隐形眼镜上打印，首先将软性隐形眼镜放置在由丙烯酸制成的刚性人造眼球上。然后，在隐形眼镜上覆盖比软性隐形眼镜大的PDMS模具。打印后，在隐形眼镜上浇铸一层薄薄的PDMS以封装打印的图案。制造的智能隐形眼镜储存在隐形眼镜溶液中以保持水分。

代表性印刷图案。（A）不同线宽的直线，（B）马蹄形图案，（C）直角蛇形曲线，（D）圆角蛇形曲线，（E）方形网格结构，（F）皮亚诺曲线，（G）螺旋结构，（H）PDMS上的玫瑰图案，（I）玻璃管上的网格结构，（J）PDMS半球上的六边形网格结构，以及（K）玻璃茶杯底部和侧面的六边形网格结构。（L）在马鞍形表面上印刷六边形网格结构。（M）（L）中印刷图案的放大图像。在（N）倾斜表面和（O）波纹表面上印刷六边形网格结构。（A 至 G）在玻璃基板上。比例尺，5 毫米（A 至 O）。（P和Q）曲线，（R）角，（S）网格结构中的交叉区域和（T）螺旋结构的光学图像。顶部和底部分别显示低倍和高放大倍率图像。