[发明专利]一种基于微流控技术的柔性电子制作方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性电子制作相关技术领域，更具体地，涉及一种基于微流控技术的柔性电子制作方法。

背景技术

柔性电子具备良好的延展特性，适用于生产制造工作在高频振动和极端温度引起的力学/热变形环境下的设备，如航天通信系统、机器人表面皮肤设计、可穿戴设备和柔性显示等领域。现阶段实现柔性电子的可伸展/弯曲特性，一方面可以通过选用更具延展性的金属材料，另一方面优化金属材料/柔性基底之间的力学性能，减缓和降低材料的疲劳应力。

传统的金属导电材料如铜箔、铝箔等具备很高的导电性，但其延展性较差，在过渡形变或者疲劳条件下容易断裂失效。因此，同时具备高电导率和良好延展性的材料对于柔性电子的研发生产加工显得十分重要。相较于固体材料，液体形态的材料天然具备良好的流动性。以汞和镓铟合金为例，其在常温下就能呈现稳定的液体状态，使用时无需进行热融化，加工过程中能保持稳定的液态；加工完成后，其形态可以随着弹性体的形变而改变形态，不会出现磨损、开裂及局部的分层剥离等问题，而这些正是导致柔性电子报废的主要原因。由于液态导电材料的这些优良特性，其在柔性电子领域有着极大的应用前景。此外，电路和柔性基体的集成过程多为分开制造再组装，虽然采用了预变形、梯形结构等方法来改善形变过程中电路和柔性材料之间的力学性质差异，增加其寿命和延展性，但如此一来将会增加加工和封装过程的复杂度和制造成本。

目前，针对液态导电材料的柔性电子加工手段中具有直写、微接触印刷/压印、微通道注入等方式，由于液态金属暴露在空气中极易氧化，形成的氧化层会堵塞打印设备的喷嘴，因此其直接打印的过程需要在无氧环境下进行。同时，由于液态金属和基底材料之间的兼容性，直接打印在基底材料表面会出现粘附性低、粗糙度大等问题。而采用压力驱动的方式将导电液体(如液态金属)注入微流道中，使之填充微流道，通过预先设计加工成型的通道结构来约束液态金属的形状，液态金属在压力消失之后能够保持稳定的结构，但此方法需要采用光刻蚀或者快速成型技术制备模具，前期准备过程耗时且繁琐，成本较高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于微流控技术的柔性电子制作方法，其利用流体在层流状态下流动稳定的特性，并结合流体动力学及化学反应对柔性电子制作方法进行了设计。所述柔性电子制作方法将柔性聚合基底材料及导电液体通过同轴针头实现同步打印，利用所述柔性聚合基底材料对所述导电液体的裹夹，对待形成的电路的宽度进行控制，可以实现更高精度的打印需求，且同时实现了导电液体与柔性聚合基底材料的在线混合和实时固化，效率较高，制造省时，成本较低，制作简单。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于微流控技术的柔性电子制作方法，其包括以下步骤：

(1)提供一个同轴针头，所述同轴针头包括外管及收容于所述外管内的芯管，所述芯管的长度小于所述外管的长度；

(2)提供柔性聚合基底材料，并在所述柔性聚合基底材料中添加活性剂以形成柔性组合物；

(3)提供一个平板，并在所述平板的表面上涂一层预定厚度的所述柔性组合物；

(4)将导电液体及所述柔性组合物分别置于第一微型泵及第二微型泵内，并分别设定所述第一微型泵及所述第二微型泵的流量，同时将所述第一微型泵的出口及所述第二微型泵的出口分别连接于所述芯管及所述外管；

(5)先开启所述第一微型泵，待所述导电液体处于层流状态后再开启所述第二微型泵，同时，基于微流控技术分别控制所述第一微型泵及所述第二微型泵的压力及流量；

(6)待所述柔性组合物与所述导电液体之间形成层流结构后，通过3D打印技术将所述层流结构按照预先设定的几何形状打印在所述平板上，待打印成型后固化成型。

进一步的，所述芯管的中心轴与所述外管的中心轴重合；所述芯管与所述外管均为圆管，所述芯管的内径为200微米，所述外管的内径为800微米。

进一步的，所述活性剂占所述柔性组合物的重量百分比为0.33％。

进一步的，所述柔性组合物的平均流量为0.6微升每分钟，所述导电液体的平均流量为80微升每分钟。

进一步的，所述柔性组合物与所述导电液体之间形成层流结构后，所述柔性组合物包裹所述导电液体。