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电子设备正在发生变化。柔性设备,如可折叠手机、可进行全景显示的可翻页电子手表,可扩大屏幕的可扩展显示器已经进入我们的生活。能像纸一样折叠起来放在口袋里的显示器真的能成为现实吗?对于这种可变形设备,其零部件也需要具有柔性。但连接不同零部件的接口材料的核心技术仍然不可靠。为此,POSTECH的一个研究团队最近开发了一种可变形导电膜,可用于连接柔性电子设备。
由Unyong Jeong教授领导的研究团队,材料科学与工程系博士研究生Hyejin Hwang和 Minsik Kong和Minsik Kong与POSTECH电气工程系Ho Jin Song教授和化学系的Soojin Park教授合作,共同开发了可拉伸各向异性导电膜(S-ACF),它可以物理和电气连接其他电极,而不用考虑电路线路的刚性、灵活性或弹性。这项研究的结果发表在权威国际期刊《Science Advances》上。
对于可伸缩设备,如可伸缩显示器、电子皮肤和可植入设备,可变形电路板至关重要。可形成不同形状的电路板需要许多材料和组件具有高度可扩展性,如布线、显示器、传感器以及电池等可充电的供电设备。迄今为止,连接高分辨率电路的方法包括焊接、引线键合、各向异性导电膜和倒装芯片键合,但仍然存在着即使形状改变了,是否还能稳定保持物理和电气特性的问题。
为此,研究团队通过在SEBS-g-MA(一种可扩展嵌段共聚物)中以规律间隔排列金属颗粒来制备S-ACF,该嵌段共聚物保持强大的界面粘合,同时确保稳定的电气连接,即使其形状通过与化学基板键合而改变。
特别是,SEBS-g-MA中存在的马来酸酐能够在基板之间形成化学键合,从而在低温下产生强大的附着力。研究人员证实,将S-ACF放置在两个基板之间的接触接口上,在温和温度(80°C)处理约10分钟后,可以有效地形成电气和物理连接。
此外,S-ACF可以选择性地进行图案化,使得粒子排列在期望的部分中,这增加了不需要电连接以增加键合强度的区域中的聚合物接触表面,并且通过减少金属粒子的使用而更经济。以这种方式生产的薄膜增加了传统各向异性导电薄膜的可伸缩性,并实现了高分辨率电路连接(50μm)、低温处理和生产可扩展性。
领导这项研究的Unyong Jung教授解释说:“这个薄膜可使未来的连接设备具有更复杂的结构。”他补充道:“我希望它能作为一个发射台,将已经独立研究过的可伸缩器件集成到一个基板和集成系统中。”
如果未来S-ACF是以胶带的形式生产,那么谁都不可能用一小块胶带连接可伸缩的高分辨率电路吗?
导电微粒排列的基础研究始于2014年至2018年三星未来技术开发项目的长期支持,该项目启动后又进行了技术转让。通过进一步的商业化研究和开发,该项目已被韩国工业技术评估研究所(KEIT)新选定为材料和零件技术开发项目,并正在等待韩国国内生产高精度各向异性导电薄膜。Jeong教授评论道:“我们预计这项研究将成为大胆投资于基础研究从而实现商业化的最佳范例。”
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