如何構(gòu)建完全透明的柔性電路

來自中國大連大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的工藝，可以根據(jù)需求為任何圖案構(gòu)建完全透明的柔性電路。電路圖案通過成熟的微流控技術(shù)在透明的柔性基板上完成。

導(dǎo)體通過沿著圖案旋轉(zhuǎn)涂布的銀納米線生成。研究進展將對未來的電子產(chǎn)品產(chǎn)生更大的影響。未來的電子設(shè)備通常被設(shè)想為是透明且柔性的，例如透明柔性的電腦、觸摸屏、手機和可穿戴醫(yī)療設(shè)備。透明的柔性電路是此類設(shè)備的重要組成部分。然而，由于透明柔性電路領(lǐng)域存在兩大挑戰(zhàn)，完全透明的柔性電路很難實現(xiàn)，挑戰(zhàn)之一是導(dǎo)體和基板都是透明的，第二項挑戰(zhàn)則是超精準的圖案控制。發(fā)表在《化學(xué)通訊》（Chemical Communications）上的研究《將銀納米線圖案化到微流體通道中的高度透明柔性電路》首次證明，通過一種操作友好的協(xié)議可以制造出完全透明的柔性電路，并展現(xiàn)了出色的透明度、導(dǎo)電性、拉伸性、可扭曲性、超精準的圖案控制和可以大規(guī)模量產(chǎn)的特性。這項研究也被該期刊選為封底進行刊載。

微流控技術(shù)是處理非常小體積（例如納升）流體的一種技術(shù)。研究人員通過將銀納米線涂覆到微流體通道中形成透明的柔性電路。流體包裹在所謂的微流體通道（一種軟且光學(xué)透明的材料）中。銀顆粒和銀納米線都是構(gòu)建透明和柔性電極的良好材料。然而，先前的技術(shù)生成的電路要么缺乏圖案控制（通過納米顆粒），要么有光學(xué)不透明性的問題（通過納米線）。

左圖顯示了伴有復(fù)雜圖案的（右上插圖）透明柔性電路上的發(fā)光LED，右圖顯示了使用掃描電子顯微鏡（SEM，左上插圖）和掃描電鏡能譜分析（SEM-EDS，右上插圖）進行放大的一條細的電路（5微米寬），表明導(dǎo)體均勻且連續(xù)分布于整個電路，包括最窄的部分（5微米）大連大學(xué)分析化學(xué)系教授，研究論文的共同作者Jing Sun博士表示，“我們的研究兼具微流控技術(shù)和銀納米線的優(yōu)點，銀納米線溶解在無毒溶劑中，如水和乙醇。然后通過常規(guī)涂布方法將銀納米線溶液填充到微流體通道中去。

由于微流體通道可以以納米級別精確創(chuàng)建，所得到的電路就能變得較為復(fù)雜，圖案的設(shè)計也能變得較為精準?！贝筮B大學(xué)碩士研究生，同時也是論文第二作者的Wenhui Zhou指出，“銀納米線制成的電路具有高導(dǎo)電性和透明度。電路也能承受反復(fù)的彎曲、扭曲和拉伸?！贝筮B大學(xué)的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教授，論文共同作者Ming-Fei Lang博士補充到，“此外，由于電路導(dǎo)電部分位于通道內(nèi)，因此與僅將銀納米線鋪設(shè)在表面相比，電路會非常耐用。”除此之外，這些電路易于生產(chǎn)，尺寸可擴展并且可重現(xiàn)性高，所以這些特性都適合進行大規(guī)模量產(chǎn)。研究人員已經(jīng)展示了該電路作為葡萄糖檢測生物傳感器的簡單應(yīng)用。大連大學(xué)已經(jīng)提交該技術(shù)的臨時專利。Sun表示，“借助光學(xué)、機械和電氣特性，我們的技術(shù)可以生成圖案可控、尺寸可擴展、以及質(zhì)量特性呈高重現(xiàn)性的透明柔性電路。

我們很期待我們的制程方法能夠為可穿戴醫(yī)療設(shè)備和透明電子設(shè)備的潛在應(yīng)用做出貢獻?！边@項研究得到了國家自然科學(xué)基金（National Natural Science Foundation of China）（項目批準號21505013）和遼寧省自然科學(xué)基金（項目批準號2015020660）的資助。