天大黄显团队《ACS AMI》：多基底柔性电路的普适性印刷方法

传统印刷电路是把导体图形用印制手段蚀刻或感光在一块绝缘基板上，使电子元件互相连接的一种电子电路，是各种电子设备的基础，广泛应用于各行各业。然而，传统印刷电路的加工工艺复杂，需要使用多种设备及试剂，加工周期长，且基底种类固定，并只能在一个平面上进行加工，难以满足快速制备和共形加工的要求。因此，加工工艺简单、低成本、快速化的柔性电路加工方式已成为柔性电子领域的重要发展方向。

基于此，天津大学生物医学柔性电子实验室黄显团队根据液态金属在不同的基底上具有不同粘附力这一特点提出一种多基底适用的液态金属电路印刷方法。该方法无需复杂的加工方法以及昂贵的设备，仅使用台式激光打印机将碳粉在热转印纸上打印出电路图案，在一定的温度和压力上即可将电路图形转印到各种基底上；利用液态金属的选择粘附性，可将液态金属刷涂在基底上，最后使用柔性绝缘材料封装便可快速制备柔性电路(图1A)。在TPU、PDMS、PET、玻璃等光滑的基底上，可以直接将碳粉转印在基底上，根据液态金属粘附性差异制备柔性电路(图1B)；在纺织物、纸、木头、水果表皮等粗糙的基底上，可先对基底进行修饰，进行如上加工方法(图1C)。液态金属具有较好的流动性，可以通过在液态金属中掺杂铜粉制备半液态金属来降低其流动性(图1D)。该方法还可以制备大面积电路以及可拉伸电路(图1F)。

图1. 基于热转印的多基底液态金属电路普适性印刷方法

研究团队对该方法制备的液态金属导线3D形貌、导线精度以及电学性能进行了表征。转印前后的碳粉线宽度以及刷涂液态金属后的导线宽度基本符合(图2A-C)。可通过多次刷涂液态金属以保证导线的完整性(图2D)。液态金属导线具有良好的电学性能，在800%的拉伸率下依然具备电路功能；在重复拉伸以及长期测试中，电阻无较大变化。(图2E-H)。在实际电路中，拉伸不会导致电子元件引脚断开(图2I-J)。

图2. 铜-银-液态金属导线的电学性能

研究团队在不同基底上制备的多种柔性电路，克实现人机交互、柔性显示、信号传输等多种功能(图3A-I)。

图3. 在八种不同基底上印刷的铜-银-液态金属电路

该团队提出的多基地适用的柔性电路印刷方法，具有低成本、快速性、普适性、的特点，并可以在3D曲面上印刷电路，为柔性电子领域提供了一种新的思路。

该成果以“Thermal Transfer enabled Rapid Printing of Liquid Metal Circuits on Multiple Substrates”为题发表在国际知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该研究得到浙江省重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

--3D打印展--

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.2c08743

来源：高分子科学前沿

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