清华大学开发出超快速柔性电子制造技术

MEMS 2024-02-05 00:01

清华大学医学院生物医学工程系联合中国科学院理化技术研究所,在《中国科学:材料科学》(Science China Materials)上报道了一种具有普适性的超快速柔性电子制造技术,可在数秒之内打印出大面积高精度复杂液态金属电路,速度远远超过迄今已发展的各种电子加工技术,相应方法按其英文缩写被命名为SMART Printing(智慧印刷)。文章第一作者为生物医学工程系三年级博士生国瑞,通讯作者为刘静教授。


智慧打印技术操作流程及印制出的导电图案

众所周知,印刷电路板在人们日常生活中扮演着十分重要的角色,在工业生产、国防安全以及医疗健康领域有着极为广泛的应用。传统的印刷电路板制备工艺十分复杂,需要经过十几道工序加工而成,全流程较为耗时耗电,且伴有大量环境污染。近年来,柔性电子异军突起,日益受到关注。不同于传统刚性电路板,柔性电路板可以随意弯曲、折叠乃至拉伸,这使其在可穿戴设备、便携式医疗、电子皮肤等领域有着重大价值。

在液态金属柔性电子领域有着十余年研究经验的刘静小组,基于前期对液态金属材料特性的大量研究发现,在室温下呈液态的镓基合金与固体金属微粒(Ni)的混合可制备出具有高黏度、可塑性的半液态金属材料(Ni-EGaIn)。此类材料在不同基底表面上的黏附性存在巨大差异,利用这种差异性可快速印制出图案化液态金属电路。


采用智慧打印技术制备出的多层电路

实验证实,半液态金属材料在PU胶膜上具有极高黏附性,而在碳粉上则黏附性较差。为此,研究小组首先引入激光打印方法将碳粉图案沉积到涂覆有PU胶膜的纸张上,再借助半液态金属材料在两类基底上黏附性的显著差异,通过滚动涂覆方式,在极短时间内(<10s)即将半液态金属材料选择性印制到A4大小纸张上的目标部位,可以说瞬间制出所需电路。


采用智慧打印技术制备的大面积导电图案

利用该技术制备的柔性电路,最高精度已达50μm,且在基底弯曲折叠过程中仍能保持电路连接的稳定性。研究进一步指出,新方法较具普适性,半液态金属材料在更多基底材料如柔性硅胶(Ecoflex)表面也具有较高黏附性。基于此现象,同样可利用转印方式将半液态金属墨水材料沉积到柔性硅胶表面的目标部位,由此快速制备出可拉伸柔性电路。

采用上述制造原理,研究小组制成了一系列柔性和可拉伸功能电路,如多层电路、大面积电路以及可拉伸传感器等,试验展示出各相应器件优良的电学稳定性、适应性及可回收优点。


采用智慧打印技术制备并组装的可拉伸传感器功能电子电路及性能

文中所建立方法的实施无需复杂设备,制造出的柔性电路可用于穿戴式医疗设备,这为可穿戴式医疗及个性化电子健康产品的快速制造提供了崭新的技术和工具,具有十分重要的科学意义和应用价值。

延伸阅读:
《柔性混合电子(FHE)技术及市场-2023版》
《柔性/印刷电子技术及市场-2023版》

MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 77浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 63浏览
  • 在不断发展的电子元件领域,继电器——作为切换电路的关键设备,正在经历前所未有的技术变革。固态继电器(SSR)和机械继电器之间的争论由来已久。然而,从未来发展的角度来看,固态继电器正逐渐占据上风。本文将从耐用性、速度和能效三个方面,全面剖析固态继电器为何更具优势,并探讨其在行业中的应用与发展趋势。1. 耐用性:经久耐用的设计机械继电器:机械继电器依靠物理触点完成电路切换。然而,随着时间的推移,这些触点因电弧、氧化和材料老化而逐渐磨损,导致其使用寿命有限。因此,它们更适合低频或对切换耐久性要求不高的
    腾恩科技-彭工 2025-01-10 16:15 60浏览
  • 随着全球向绿色能源转型的加速,对高效、可靠和环保元件的需求从未如此强烈。在这种背景下,国产固态继电器(SSR)在实现太阳能逆变器、风力涡轮机和储能系统等关键技术方面发挥着关键作用。本文探讨了绿色能源系统背景下中国固态继电器行业的前景,并强调了2025年的前景。 1.对绿色能源解决方案日益增长的需求绿色能源系统依靠先进的电源管理技术来最大限度地提高效率并最大限度地减少损失。固态继电器以其耐用性、快速开关速度和抗机械磨损而闻名,正日益成为传统机电继电器的首选。可再生能源(尤其是太阳能和风能
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:18 51浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 31浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 92浏览
  • 随着通信技术的迅速发展,现代通信设备需要更高效、可靠且紧凑的解决方案来应对日益复杂的系统。中国自主研发和制造的国产接口芯片,正逐渐成为通信设备(从5G基站到工业通信模块)中的重要基石。这些芯片凭借卓越性能、成本效益及灵活性,满足了现代通信基础设施的多样化需求。 1. 接口芯片在通信设备中的关键作用接口芯片作为数据交互的桥梁,是通信设备中不可或缺的核心组件。它们在设备内的各种子系统之间实现无缝数据传输,支持高速数据交换、协议转换和信号调节等功能。无论是5G基站中的数据处理,还是物联网网关
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:20 70浏览
  • 电动汽车(EV)正在改变交通运输,为传统内燃机提供更清洁、更高效的替代方案。这种转变的核心是电力电子和能源管理方面的创新,而光耦合器在其中发挥着关键作用。这些不起眼的组件可实现可靠的通信、增强安全性并优化电动汽车系统的性能,使其成为正在进行的革命中不可或缺的一部分。光耦合器,也称为光隔离器,是一种使用光传输电信号的设备。通过隔离高压和低压电路,光耦合器可确保安全性、减少干扰并保持信号完整性。这些特性对于电动汽车至关重要,因为精确控制和安全性至关重要。 光耦合器在电动汽车中的作用1.电池
    腾恩科技-彭工 2025-01-10 16:14 57浏览
  • Snyk 是一家为开发人员提供安全平台的公司,致力于协助他们构建安全的应用程序,并为安全团队提供应对数字世界挑战的工具。以下为 Snyk 如何通过 CircleCI 实现其“交付”使命的案例分析。一、Snyk 的挑战随着客户对安全工具需求的不断增长,Snyk 的开发团队面临多重挑战:加速交付的需求:Snyk 的核心目标是为开发者提供更快、更可靠的安全解决方案,但他们的现有 CI/CD 工具(TravisCI)运行缓慢,无法满足快速开发和部署的要求。扩展能力不足:随着团队规模和代码库的不断扩大,S
    艾体宝IT 2025-01-10 15:52 151浏览
  • 说到福特,就要从亨利·福特(Henry Ford)这个人物说起。在发明大王爱迪生的电气工厂担任工程师的福特下班后,总是在自家仓库里努力研究和开发汽车。1896年,福特终于成功制造出一辆三轮车,开启了福特汽车的传奇。最初几年,福特都是独自制造汽车并同时进行销售。 (今天很多人都知道的精益管理中的5S方法,或多或少地受到了福特 CANDO方法的影响。)1903年,福特从牧师、律师、银行家、会计师等十一位股东那里筹集了十万美元,并在自家庭院成立了美国第五百零三家汽车公司——福特汽车公司(Fo
    优思学院 2025-01-10 11:21 29浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 73浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 67浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦