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研究人员将可拉伸电子产品推向商业化
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/9/13

卡内基梅隆大学的一项新研究可能会迎来可大规模生产的可拉伸软电子 (sse) 时代。


软可拉伸电子产品 (sse) 是可穿戴设备和健康监测技术研究的温床。然而,sse 面临的一个挑战是无法为该技术开发经济且可扩展的制造工艺。


本周,卡内基梅隆大学 (cmu) 的研究人员发表了一篇论文,描述了一种大规模生产 sse 的新方法。在本文中,我们将了解 sse 的现状、存在的挑战以及 cmu 的新研究。

在此应用中,无电池软传感器贴片应用于硅晶片的制造后。图片由卡内基梅隆大学提供

 

软可拉伸电子产品的挑战

目前有许多开发 sse 的技术,但其中,液态金属 (lm) 架构是有前途的技术之一。


基于 lm 的 sse 通常通过将液态金属沉积到柔性电子基板上来工作,其中 lm 既可以用作微芯片之间的物理互连,也可以沉积形成不同的组件,例如应变计。与其他形式的 sse 相比,lm 很受欢迎,因为它们在通道内自由流动,表现出高柔顺性,即使在大变形下也能保持导电性。

像镓这样的液态金属有许多新兴的用例,包括软电子产品。图片由knowable 杂志提供

 

流行的 lm 形式之一是镓基合金共晶镓铟 (egain)。egain 因其独特的稳定性、可忽略的毒性和较高的电导率(298 k 时为 3.4 × 106 s m-1)而特别受欢迎。 


然而,尽管 egain 很受欢迎,但研究人员尚未设计出一种大规模生产该技术的方法。主要挑战之一是当 egain 暴露在空气中时,lm 周围会形成氧化镓“皮肤”。这种表皮使得难以在沉积金属中实现均匀性和连续性。到目前为止,没有人以可扩展的方式解决了这一挑战。


卡内基梅隆大学找到了批量生产 sse 的方法

现在,卡内基梅隆大学的研究人员发表了一篇新论文,描述了一种将基于 lm 的 sse 商业化的方法。


新技术结合了选择性金属合金润湿和 egain 的受控浸涂。金属合金润湿工艺将液态金属沉积到所需的电路布局中,而浸涂工艺溶解了当 egain 暴露在空气中时出现的氧化皮,而不保持 lm 的选择性沉积。 

建议的制造工艺。图片由先进材料技术公司提供

 

在这里,薄铜迹线被光刻图案化到弹性体表面作为润湿层。然后,浸涂能够将 egain 选择性沉积到电路布局上。浸涂是使用定制的机器实现的,该机器将晶片浸入由顶部表面的氢氧化钠 (naoh) 水溶液组成的浴槽中,然后是 egain。naoh 去除氧化皮,而 egain 则根据需要沉积。 


使用这种技术,该团队成功地制造了基于 egain 的 lm 器件。该研究表明,研究人员可以成功地制造出许多具有高几何和电气再现性的 lm 电容器。 


sse 可能会在可穿戴设备领域崭露头角

所提出的技术可以集成到微电子的标准微制造流程中,这意味着它可以很容易地扩展和负担得起。cmu 研究人员正在关注可穿戴技术和健康监测设备等应用,这些设备可以轻松贴合皮肤以提高准确性和性能。

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