[发明专利]一种基于电流体喷印技术制备可延展岛桥结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性电子制造技术领域，更具体地，涉及一种基于电流体喷印技术制备可延展岛桥结构的方法，其能够避免制造的微桥发生面外翘曲，提高制备工艺过程的效率和精度。

背景技术

可延展柔性电子作为最具挑战性的柔性电子器件，除了能够实现弯曲变形外，还具备较大的拉伸、扭曲变形能力和局部大应变，同时具有尺度小、变形能力强、延展性大等特点。可延展柔性电子器件在信息、医疗、能源、国防等领域具有广泛应用前景，典型应用包括大面积传感器、柔性显示器、印刷RFID等。

可延展柔性电子的核心在于可大变形柔性微纳功能结构的设计与制造，包括岛桥结构、折纸结构、剪纸结构等，其中岛桥结构因其结构简单、拉伸性能强而得到广泛关注。功能组件(岛)之间通过导线(桥)进行连接，岛通过化学方法粘合在经过预拉伸的基体上，桥与预拉伸基体之间可以粘合，也可以不粘合。当释放基板预应变后，微桥发生屈曲，形成具有拉伸能力的可延展岛桥结构，大大提升了柔性电子器件的延展性，可实现超过100％的变形，受到了诸多学者的关注，已被用于仿人眼的电子眼相机，柔性LED显示器，可拉伸晶体管、传感器等。

目前，可延展岛桥结构的主流制作方法为先采用传统光刻、镀膜等工艺在硅基材上生成很薄的初始岛桥结构，再把初始岛桥结构转移到预拉伸的弹性橡胶基板上，且使微结构与橡胶基底间能部分或全部粘合，之后释放弹性橡胶基板的预应变，大尺寸岛(弯曲刚度大)保持原型，小尺寸微桥(弯曲刚度小)受挤压屈曲形成波纹结构。该制造方法原理简单，设计灵活，可控性强，可通过调整微桥的材料参数、截面、尺寸等，实现多种屈曲结构。但上述制备工艺过程复杂、效率低、微桥易发生面外翘曲。

为了简化制作工艺，提高可延展岛桥结构的制备效率，方便进行大面积，大规模制作，本发明亟需改进上述工艺流程和方法，设计一种制备可延展岛桥结构的方法，使其能够避免制造的微桥发生面外翘曲，提高制备工艺过程的效率和精度，以便满足可延展岛桥结构的生产需要。

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电流体喷印技术制备可延展岛桥结构的方法，该方法所采用的电流体喷印是非接触式的微纳加工方式，可以在不同材质、形貌的基底上直写微纳结构，且其工艺过程简单、可控性强，可通过调整工艺参数来实现不同的岛桥结构布局，从而提高岛桥结构的适应能力，通过调整工艺参数来控制微桥结构的高宽比，从而能够避免制造的微桥发生面外翘曲，提高制备工艺过程的效率和精度，尤其适合用于制备岛桥结构。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于电流体喷印技术制备可延展岛桥结构的方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1.准备一柔性基板，将该柔性基板拉伸至一定的程度后固定在一刚性基板上，将固定有柔性基板的刚性基板放置在运动平台上，并用夹具进行固定；

S2.制备混合均匀的电喷印溶液，将其注入注射器及喷头内，挤压溶液使其从喷头的喷嘴处均匀流出；

S3.调整喷头和柔性基板之间的距离，在喷头和柔性基板之间施加高压交流电，调整高压交流电的偏置、幅值、占空比和频率，使喷嘴处产生稳定的锥射流；

S4.调整刚性基板的移动速度，使其按照设定的运动轨迹移动，在喷嘴的射流稳定后，直接在预拉伸的柔性基板上沉积打印出岛桥结构；

S5.待打印完成后将柔性基板从刚性基板上取出，释放柔性基板的预应变，沉积在柔性基板上的岛桥结构中的微桥发生屈曲，形成可延展岛桥结构。

进一步优选地，步骤S1中，所述柔性基板为弹性橡胶材料，其形状为平面或曲面；所述刚性基板为平面或复杂曲面形状。较多的比较试验表明，采用弹性橡胶材料具有更好地预拉伸效果，还可以与刚性基板的形状更好地贴合，从而得到效果更好地岛桥结构。

优选地，步骤S2中，所述电喷印溶液为银浆、光刻胶、PEO或是其他高粘度聚合物溶液，在向注射器及喷头内注入电喷印溶液的过程中，采用气压或精密流量泵挤压溶液，喷嘴处溶液的流量的调整范围为1000nl/min～2000nl/min。较多的比较试验表明，采用高粘度的聚合物溶液作为电喷印溶液能够形成稳定的射流，进而沉积形成岛桥结构。而采用气压或精密流量泵挤压溶液，在给喷头灌入溶液的过程中需要避免气泡的产生，以保证在打印的过程中具有稳定的流量。

优选地，步骤S3中调整喷头和柔性基板之间的距离时，该距离的调整范围为300um～600um。较多的比较试验表明，喷头与柔性基板之间的距离在上述范围内时，喷嘴流出的射流不会产生较大的偏移，能够精确定位沉积在柔性基板上，得到理想的岛桥结构。