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光焊接策略实现柔性电路修复
来源:X-Mol
2019-12-15
阅读1153

注:文末有研究团队简介

柔性电路是将电路组装在柔性基板上的新兴电子元件,广泛应用于柔性显示屏、柔性传感器等电子产品。为了将柔性电子技术从实验室推广到工业领域甚至市场,当前所面临的最大挑战之一是解决在实际使用中频繁弯曲、刮擦、拉伸等可能带来的柔性电子设备上的电路损坏。研究者们提出了几种用于恢复破损电路导电性的策略,包括基于动态化学的自修复方法,在基底内预先嵌入含有导电物质的微胶囊等等。这些创新性策略使柔性器件具有“智能”的功能,既使裂缝触发柔性器件自我修复的过程。

然而上述方法有一定的局限性,如受裂缝深度影响的修复能力、有限的修复次数、基于可逆作用的修复材料会降低柔性器件的机械强度等等。因此,寻求新的修复方法是该领域亟待解决的问题。近日,苏州大学董彬点击查看介绍团队和北京化工大学石峰点击查看介绍团队合作,开发了一种简便的基于光驱动微米泵的光焊接方法。微米泵是微纳马达的一种,是通过将微纳马达固定在基底上来实现的。微米泵虽然可以操控液体的运动,但是目前缺乏实际应用。而光焊接方法通过光照射微米泵引起的电渗透机理驱动液体流动,将聚苯乙烯/金核壳结构的微球(PS/Au微球)驱动到光照中心并形成聚集体,从而实现对损坏柔性电子线路的修复。该方法具有很好的重复性,可多次修复同一裂缝。在不干扰其他功能区域的前提下,可以很好地控制导电微粒聚集体的尺寸和位置,实现裂缝的精确修复。

该研究团队通过热蒸发镀膜法在柔性PDMS基底上沉积导电金线和并五苯(PEN)层,作为柔性电路的模型,并外接导线、LED灯泡及电源。为了模拟柔性电子设备在实际应用中受弯曲、刮擦或拉伸作用产生的裂缝,作者用金刚石刀在导电金线上划出裂缝。当120 μm宽的裂缝出现时,电路断路,LED灯泡熄灭。为了恢复该电路的导电性,作者在裂缝处滴加含有修复剂(PS/Au微球)的水溶液,施加光功率密度为1.2 W/cm2的白光照射4分钟,PS/Au微球在光照微米泵产生的电渗流作用下往裂缝处聚集。在溶剂挥发后,柔性电路上的裂缝消失,LED灯泡再次发光。


这种使PS/Au微球发生聚集的行为基于光催化反应所导致的电渗流。光照下PEN和水发生化学反应,生成带电的离子(H+和•O2-)。H+比•O2-扩散快,产生朝向光照区域的电场,并在带负电的PDMS基底上产生朝向光照区域的电渗流从而推动PS/Au微球往光照区域聚集。


研究团队还将光焊接方法用于修复破损的柔性传感器件,成功实现了对破损的柔性氨气传感器的修复。修复后传感器件的灵敏度和初始状态基本一致,并在多次弯曲循环后,该氨气传感器的灵敏度基本保持不变。光焊接方法的重复性、精准性和可控性使其在柔性电路导电性修复方面具有很大的应用潜力。


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,第一作者为苏州大学博士研究生孙云雨


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A Photowelding Strategy for Conductivity Restoration in Flexible Circuits

Yunyu Sun, Mingcheng Yang, Yutong Guo, Mengjiao Cheng, Bin Dong, Feng Shi

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201909965


董彬博士简介


董彬,苏州大学功能纳米与软物质研究院教授、博士生导师,他于2000年获吉林大学学士学位,2005年11月获吉林大学博士学位,其中2002年11月至2005年9月在德国明斯特大学物理学院&中德纳米中心(中德博士)联合培养,2005年至2012年先后在吉林大学、美国凯斯西储大学、爵硕大学从事科研工作,2012年11月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院工作至今。

主要从事微纳马达方面的研究。在智能高分子微纳马达的制备及性质研究等方面开展了大量的工作,致力于微纳马达的机理研究、运动控制及应用探索。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Mater. Horiz.等国际期刊上。

https://www.x-mol.com/university/faculty/18378


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