近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在液態(tài)金屬柔性電子制造領(lǐng)域取得系列重大進(jìn)展，成功攻克了柔性電子長期面臨的高精度制造損耗大、三維曲面適配難等關(guān)鍵瓶頸。相關(guān)成果已發(fā)表于國際頂級期刊《自然·通訊》和《自然·電子學(xué)》。

柔性電子被視為下一代人機(jī)交互、智能穿戴與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心載體，其核心挑戰(zhàn)在于如何在柔軟、可拉伸甚至可植入的基底上，穩(wěn)定、高效地構(gòu)建高性能電路。傳統(tǒng)制造方法或依賴光刻、蝕刻等減材工藝，造成大量材料浪費(fèi)；或采用噴墨打印等增材方式，難以兼顧精度與導(dǎo)電性。

無損刻蝕圖案化技術(shù)的原理與優(yōu)勢

熱收縮方法的通用性驗(yàn)證

而此次中科院團(tuán)隊(duì)提出的“無損刻蝕圖案化技術(shù)”，突破了傳統(tǒng)增材、減材制造工藝的固有瓶頸。該技術(shù)通過乙醇環(huán)境調(diào)控液態(tài)金屬與基底的界面粘附作用，結(jié)合針尖局部機(jī)械力，精準(zhǔn)剝離半液態(tài)金屬，實(shí)現(xiàn)了無材料損耗的電路圖案化制備，分辨率達(dá)5μm，且兼容PDMS、紙張、生物組織皮膚等8類剛性與柔性基底。

該技術(shù)具有1000%高拉伸性、50次重復(fù)刻蝕無損耗、材料回收損耗僅2.67%至3.35%等優(yōu)勢，已成功應(yīng)用于體表/體內(nèi)生理電信號長期監(jiān)測系統(tǒng)，為柔性電子綠色制造開辟了新路徑。

團(tuán)隊(duì)還提出了形狀自適應(yīng)共形電子制備技術(shù)，攻克了三維曲面電子器件制造難題。團(tuán)隊(duì)以熱塑性薄膜為自適應(yīng)基底，通過半液態(tài)金屬Cu-EGaIn（導(dǎo)電性達(dá)9.5×106S m-1）的選擇性粘附圖案化，結(jié)合有限元仿真輔助電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了平面電路向任意三維曲面的高效轉(zhuǎn)化。

該技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，無需進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理操作，便能夠穩(wěn)定地貼合于球體、水果、人體皮膚等不同尺寸、不同材質(zhì)的目標(biāo)表面。其剝離強(qiáng)度大幅超越商用膠帶，已成功在航空航天共形除冰系統(tǒng)、智能醫(yī)療繃帶以及傳統(tǒng)設(shè)備的智能化升級等多個(gè)場景中得到應(yīng)用，為“萬物互聯(lián)”時(shí)代智能器件的低成本制造開辟了全新模式。

該成果有力地推動了液態(tài)金屬材料與柔性電子制造技術(shù)的理論創(chuàng)新，在可穿戴健康監(jiān)測、植入式診斷器件、航空航天智能系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域均展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力。

未來，研究團(tuán)隊(duì)將持續(xù)深入開展界面調(diào)控機(jī)制與規(guī)模化制造技術(shù)的研究工作，加快推動前沿技術(shù)向?qū)嶋H產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，為環(huán)境可持續(xù)型智能柔性電子器件的發(fā)展筑牢堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。