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微電子打印機

微電子打印機

微電子打印機是集噴墨打印、點膠、刮涂工藝于一體的柔性器件制備工具，其以新型功能性油墨替代傳統(tǒng)顏料油墨，使用噴墨打印技術(shù)、點膠工藝、刮涂在各種平整柔性的基底上用增材制造的方式制備出 電路板、全印刷場效應晶體、電阻、電容、電感等基礎(chǔ)元器件和全印刷光電傳感器、全印刷光致變色傳感器、全印刷氣體傳感器、全印刷溫度傳感器、全印刷壓力傳感器全印刷平面式超級電容器、全印刷手寫發(fā)光柔性屏幕、溫致變色器件、有機太陽能電池、全印刷OLE等功能器件。
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微電子打印機是集噴墨打印、點膠、刮涂工藝于一體的柔性器件制備工具，其以新型功能性油墨替代傳統(tǒng)顏料油墨，使用噴墨打印技術(shù)、點膠工藝、刮涂在各種平整柔性的基底上用增材制造的方式制備出 電路板、全印刷場效應晶體、電阻、電容、電感等基礎(chǔ)元器件和全印刷光電傳感器、全印刷光致變色傳感器、全印刷氣體傳感器、全印刷溫度傳感器、全印刷壓力傳感器全印刷平面式超級電容器、全印刷手寫發(fā)光柔性屏幕、溫致變色器件、有機太陽能電池、全印刷OLE等功能器件。

 

 

近來，微電子打印機在一些研究領(lǐng)域的進展如下：
 
一、噴墨打印銀納米線

電子科技大學中山學院制備了噴墨用銀納米線墨水，他們討論了溶劑體系、潤濕劑、銀納米線懸浮液對油墨粘度、表面張力、墨滴與聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底表面接觸角、油墨pH值的影響。他們采用噴墨打印工藝在PET基片上制備了AgNWs柔性透明導電薄膜，詳細研究了打印層數(shù)、熱處理溫度、濺射頻率和噴嘴數(shù)對AgNWs薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的影響。實驗結(jié)果表明，打印14層的AgNWs薄膜在 60℃和70℃下，薄膜的方阻分別為13Ω/sq和23Ω/sq，平均透明度分別為81.9%和83.1%。當噴墨打印參數(shù)設置為電壓20 V，噴頭數(shù)16個，墨滴頻7000 Hz，DPI為15μm，且打印時PET基板溫度為40℃，噴頭35℃，且將薄膜在60℃下熱處理時20分鐘后，薄膜具有優(yōu)異的光電性能。此外，在線性圖形邊緣觀察到AgNWs的堆積和溢出，導致打印精度下降。他們成功地打印出了心形圖案，并證明其可以很好地工作。最終結(jié)果表明，以銀納米線油墨為噴墨材料的噴墨打印工藝可以獲得具有良好光電性能的清晰圖案。

文章：Yuehui Wang 1, Xiaoli Wu, Ke Wang, Kaiwen Lin, Hui Xie, Xiaobing Zhang and Jingze Li. Novel Insights into Inkjet Printed Silver Nanowires Flexible Transparent Conductive Films. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 7719.

 

二、噴墨打印鈣鈦礦

鹵化鉛鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLED)的快速發(fā)展為未來的照明和顯示應用提供了廣闊的前景。然而，由于缺乏有效的藍光發(fā)射、器件穩(wěn)定性不足以及缺乏方便的圖形化方法，極大地阻礙了PeLED應用的發(fā)展。復旦大學介紹了一種可行的兩步制備方法結(jié)合嵌段共聚物(BCP)模板，制備高質(zhì)量的CH3NH3PbBrxCl3-x三維鈣鈦礦膜。BCP模板的CH3NH3PbBr3薄膜具有優(yōu)異的熒光量子效率 (PLQY)為62%(平均PLQY為58%)，并且在室溫下具有出色的穩(wěn)定性。采用無鹵化物三水合醋酸鉛作為鉛源，在第二步中通過簡單控制Cl/Br比即可輕松地將發(fā)光顏色由綠色調(diào)至藍色。CH3NH3PbBr31.5Cl1.5鈣鈦礦薄膜的PLQY為23±2%，可獲得天藍色發(fā)光。這種兩步制作方法也可以直接制作圖案，就像下圖噴墨打印和中國書法所展示的那樣。

文章：Chongyuan Li, Yu Chen, Fengcai Liu.et al. Highly Luminescent and Patternable Block Copolymer Templated 3D Perovskite Films. Adv. Mater. Technol. 2021, 2001209.

 
三、柔性傳感器

柔性多模態(tài)傳感器是物聯(lián)網(wǎng)人機界面、健康監(jiān)測和軟機器人不可或缺的組成部分。盡管在高靈敏度、靈活性和多功能方面進行了大量的研究，但這些優(yōu)點通常伴隨著復雜的制造，阻礙了實際應用。浙江大學研究團隊提出了一種包含4個壓力傳感器單元、2個溫度傳感器單元和1個距離傳感器單元的全印刷柔性三模態(tài)傳感器片。其精巧的結(jié)構(gòu)以三功能的底部電極層為特色，有效地擴展了該傳感器片的功能，并保持易于制造。該多功能裝置合理集成了各傳感器單元，在保持結(jié)構(gòu)緊湊的同時抑制了串擾和相互干擾。此外，所有功能的集成實現(xiàn)了雙層檢測功能，上層的近距離感知可以檢測到興趣事件，從而喚醒下層的溫度和壓力感知。這一解決方案將密集分布的傳感器網(wǎng)絡從長期運行中解放出來，從而節(jié)省了功耗。其中傳感器的制備使用到微電子打印機的點膠功能，他們通過全印刷的多模態(tài)傳感器表顯示了低成本宏觀柔性電子器件的潛力。

文章：Huayu Luo, Gaoyang Pang, Kaichen Xu, Zhiqiu Ye, Huayong Yang, and Geng Yang. A Fully Printed Flexible Sensor Sheet for Simultaneous Proximity–Pressure–Temperature Detection. Adv. Mater. Technol. 2021, 2100616.

 
四、柔性電致發(fā)光器件

高性能柔性導電基底是開發(fā)有前景的可穿戴設備的關(guān)鍵部件之一。為此，福建農(nóng)林大學研究開發(fā)了一種可持續(xù)、柔性、透明、導電的纖維素/ZnO/AZO (CZA)薄膜。以纖維素為透明底物。添加AZO作為導電層，ZnO作為界面緩沖層。結(jié)果表明，ZnO的界面緩沖層有效地緩解了有機纖維素與無機偶氮化合物的內(nèi)在不相容性，從而提高了CZA薄膜的性能。與具有365Ω/sq片電阻和87%透光率的受控纖維素/AZO (CA)薄膜相比，CZA薄膜的導電片電阻為115Ω/sq，透光率為89%，粗糙度為1.85 nm。ZnO緩沖層的存在使CZA薄膜在彎曲處理下的電導率保持穩(wěn)定。并基于此纖維素導電薄膜，利用微電子打印機制備出如下圖所示的電致發(fā)光器件，展現(xiàn)了良好的導電薄膜應用場景。

文章：Xi Liu, Wei Xiao, Tao Tao, Jiawei Yang, Huixin Li, Qunfeng Chen, Liulian Huang, Yonghao Ni, Lihui Chen, Xinhua Ouyang, Xuhai Zhu, Jianguo Li. Transparent, smooth, and sustainable cellulose-derived conductive film applied for the flexible electronic device. Carbohydrate Polymers, 2021, 260, 117820.

 

五、柔性超級電容器

在紡織品上制備柔性微超級電容器作為可穿戴電子器件的小型電源仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。上海大學研究人員通過噴墨打印和擠壓打印直接在紡織品上制備MSCs。得益于其多步打印策略，紡織基質(zhì)干細胞仍然保持其獨特的多孔電極結(jié)構(gòu)和快速電子轉(zhuǎn)移性。與單純的擠壓打印相比，采用多步打印策略的MSCs具有顯著的電化學性能、延長的循環(huán)壽命和卓越的機械靈活性。此外，得益于數(shù)字打印的能力，可以直接制備柔性系列MSCs，并方便地與導電紡織品集成，支持可穿戴電子系統(tǒng)。這種簡單的打印方法將在制造能量基器件和可穿戴功能電子器件方面顯示出廣泛的潛力。

文章：Hua Guo, Zhen Jiang, Dayong Ren, Shengxia Li, Jialin Wang, Xiaobing Cai, Dongxing Zhang, Qiuquan Guo, Junfeng Xiao, and Jun Yang. A Printed High-Performance Flexible Micro-Supercapacitor on Textiles for Powering Wearable Electronics. ChemElectroChem, 2021, 8, 1574-1579.