制造柔性电子产品的新方法

一种将高性能硅直接打印到柔性材料上的电子制造新方法可能会带来假肢、高端电子产品和完全可弯曲数字显示器等技术的突破。在npj 柔性电子杂志上发表的一篇新论文中，格拉斯哥大学可弯曲电子和传感技术 (BEST) 小组的工程师概述了他们如何简化和改进用于创建柔性大面积电子产品的传统工艺。

到目前为止，最先进的柔性电子产品主要是通过称为转移印刷的工艺制造的，这是一种三阶段的冲压工艺，有点像访问另一个国家时在护照上盖上墨水印章。

首先，在称为衬底的表面上设计并生长硅基半导体纳米结构。在第二阶段，纳米结构通过软聚合物印模从基材上拾取。在最后阶段，纳米结构从印模转移到另一个柔性基板，准备用于可弯曲设备，如健康监测器、软机器人和可弯曲显示器。

然而，转移印刷工艺有许多限制，这使得制造更大规模、更复杂的柔性设备变得具有挑战性。精确控制关键变量，如转移速度、纳米结构的附着力和取向，很难确保每个印章与上一个印章相同。

与印章不正确的护照如何使旅行者难以阅读类似，最终基板上的聚合物印章不完整或未对齐会导致电子性能不合标准，甚至会导致设备无法工作。

虽然已经开发出使冲压转移更有效的工艺，但它们通常需要额外的设备，如激光器和磁铁，增加了额外的制造成本。

格拉斯哥团队采用了不同的方法，完全取消了传统转移印刷工艺的第二阶段。在将纳米结构转移到最终基板之前，他们没有将纳米结构转移到柔软的聚合物印模上，他们的新工艺称为“直接辊转移”，将硅直接打印到柔性表面上。

该过程从制造小于 100 纳米的薄硅纳米结构开始。然后接收基板——一种称为聚酰亚胺的柔性、高性能塑料箔材料——被覆盖在一层超薄的化学品中以提高附着力。

准备好的基板缠绕在金属管上，然后由该团队开发的计算机控制机器将管滚动到硅晶片上，将其转移到柔性材料上。

通过仔细优化工艺，该团队成功地在约 10 平方厘米的面积上创建了高度均匀的印刷品，转印率约为 95%——明显高于大多数传统的纳米级转印工艺。

Ravinder Dahiya 教授是格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院 BEST 小组的负责人。

Dahiya教授说：“虽然我们在本文讨论的过程中使用了每边3厘米的方形硅片样品，但柔性供体基板的尺寸是我们可以打印的硅片尺寸的唯一限制。它非常很可能我们可以扩大这个过程并创造非常复杂的高性能柔性电子产品，这为许多潜在的应用打开了大门。

“我们从实验室中打印到柔性表面上的晶体管中看到的性能与类似的 CMOS 设备(控制许多日常电子产品的主力芯片)的性能相似。

“这意味着这种类型的柔性电子设备可能足够复杂，可以将柔性控制器集成到 LED 阵列中，例如，可能允许创建独立的数字显示器，在不使用时可以卷起。柔性材料层覆盖假肢可以让截肢者更好地控制他们的假肢，甚至可以集成传感器给用户一种‘触觉’。”

“这是一种更简单的工艺，能够生产高性能柔性电子产品，其结果与传统的硅基电子产品一样好，甚至更好。它还可能更便宜，资源效率更高，因为它使用的材料更少，对环境更好，因为它以无法使用的转移形式产生的废物较少。”

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