研究背景
随着电子设备的不断发展，金属氧化物薄膜在透明导体、气体传感器、半导体、绝缘体以及钝化层等领域的重要性愈加突显。然而，现有的金属氧化物薄膜通常通过高温、慢速的真空沉积工艺制备，这些方法在制备过程中面临一些挑战，如高温处理导致的高成本、化学前驱体的危险性、真空处理的复杂性等。此外，传统方法还存在成膜质量不均匀、液体残留以及机械去除等问题。
研究内容
为了解决这些问题，美国北卡罗来纳州立大学Michael Dickey教授联合韩国浦项科技大学Unyong Jeong教授合作在“Science”期刊上发表了题为“Ambient printing of native oxides for ultrathin transparent flexible circuit boards”的最新论文。本研究提出了一种在室温条件下，利用熔融金属弯月面进行大面积、连续打印本征氧化物薄膜的方法。金属氧化物薄膜的打印是通过将熔融金属在基底上移动，从而利用弯月面的液体不稳定性使氧化物从金属中轻柔分离。
这一过程能够形成均匀的薄膜，并且在打印过程中不会留下液体残留物。这种方法具有显著的优势：首先，它能够在室温条件下进行打印，避免了高温处理的高成本和复杂性；其次，由于氧化物膜具有金属间层，使得打印的薄膜具有优异的导电性。此外，由于金属的特性促进了蒸发金的润湿，避免了传统方法中金属形成不连续岛屿的问题，使得超薄（<10纳米）的导体能够被制成透明、机械强度高且电气稳定的柔性电路。
图文解读
1. 实验首次开发了基于液态金属的氧化物薄膜连续打印技术，成功在室温下大面积打印出均匀的本征超薄氧化物膜（<10纳米）。该技术利用熔融金属弯月面的流体不稳定性，使氧化物从金属中分离，形成没有液体残留的均匀薄膜。
2. 实验通过在目标基底上移动熔融金属弯月面进行打印，获得了高导电性的氧化物薄膜。由于打印的氧化物膜具有金属间层，薄膜的导电性显著提升。该金属特性促进了蒸发金的润湿，避免了在传统氧化物表面形成的断续金岛现象，从而形成了超薄的、透明的导电电路，这些电路在高温下也保持了机械强度和电气稳定性。
图 1 | 使用液态金属的原生氧化物打印工艺
图 2 | 印刷过程的机理和印刷条件
图 3 | 用于超薄透明柔性电路板的原生氧化物环境印刷
图 4 | 超薄透明电极表征
图 5 | 图案化超薄透明电路线演示
结论展望
本文展示了一种在室温下打印大面积均匀本征氧化物薄膜的创新方法，通过在目标基底上移动熔融金属的弯月面，利用液体不稳定性使氧化物从金属中轻柔分离，从而形成无液体残留的均匀薄膜。这种方法解决了传统高温沉积和真空处理过程中存在的问题，如高温对基底材料的影响和有害化学前驱体的使用。此外，打印的氧化物膜具有金属间层，使其具有优良的导电性，并能够有效地润湿蒸发的微量金，从而避免了传统方法中金属形成不连续岛屿的问题。最终，得到的超薄（<10纳米）导体可用于制作柔性电路，这些电路不仅透明，还具有机械强度和电气稳定性，即使在高温下也能保持良好性能。这项研究为金属氧化物薄膜的制备提供了一种简便高效的解决方案，并拓宽了其在透明导体、柔性电子器件等领域的应用前景。
论文链接：
https://doi.org/10.1126/science.adp3299
