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柔性电子设备中微结构的3D打印

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2019年12月11日浏览:518

近年来,在可穿戴电子设备、智能皮肤、医学检测等领域内,柔性和可拉伸电子器件受到越来越多的关注。然而,现在可穿戴电子设备的电路,通常是基于平面二维几何图形的。香港城市大学的Yiming Liu等人提出一种激光直写3D打印技术,可以将二维的几何图形电路,扩展至三维的立体电路。同时,他们利用激光直写技术,制备了三维蛇形导电网络,这些微结构和衬底具有良好的透光率和柔性。

Yiming Liu等人首先利用高分辨率3D打印机,将IPL-780型光刻胶固化在22mmX22mm的玻璃底板表面,形成具有蛇形结构的网络,然后,利用磁控溅射在蛇形网络的表面镀上200nm厚的金属铜,使结构具有良好的导电性,最好,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对蛇形导电网络进行封装,并在固化后剥离玻璃底板,得到柔性电子设备,整个过程如图1所示。

 

图1 3D打印工艺的原理示意图(a);微结构的SEM照片(b)

另外,Liu等人发现,利用蛇形导电网络可以实现良好的透光性能,透光率达到90%(图2)。同时,如图3所示,Liu等人还对这种柔性结构进行了有限元分析,从而获得更好的拉伸、扭转性能,通过优化,拉伸性能从2.7%提高到13.8%,最大弯曲角从114°增加到160°,最大扭转角从24°增加到32°。

图2 柔性网络的装配及机械柔性的演示

Liu等人表示,这项技术结合了微结构的3D打印、磁控溅射及PMDS封装工艺,实现了三维结构的导电网络的设计及制造,在未来,三维电路将极大的丰富柔性电子设备的结构和功能。

 
图3 拉伸、弯曲和扭转过程中铜层应变分布的有限元分析
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