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石峰教授在《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表论文

发文时间:2019-12-05

 

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,北京化工大学石峰团队和苏州大学董彬团队合作在Angew. Chem. Int. Ed.上发表题为“A Photowelding Strategy for Conductivity Restoration in Flexible Circuits”的研究论文。研究人员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。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。该论文的第一作者是2015级博士生孙云雨。

1:光照焊接修复电路的过程

a, b)初始导通的电路示意图、PEN覆盖的导电金线显微镜图和灯泡发光状态;(c, d)断路电路示意图、破损PEN覆盖的导电金线显微镜图和灯泡熄灭状态;(e, f)修复的电路示意图、PEN覆盖的导电金线显微镜图和灯泡发光状态;(g)电阻在导电金线初始-断裂-修复过程中的变化;(h, i)在裂缝处PS/Au微粒聚集体的SEM图以及截面SEM图。

2:基于电渗流作用的驱动机理

a)光诱导激子的分离及其与水和O2的反应,导致H+·O2-的形成;(bH+·O2-具有更高的扩散速率,其产生向内的电场,引起(c)中的电渗透流;(c)中插图:表示电场方向和流体流动的侧视图;(dPS/Au微球在电渗流作用下流向照射中心,形成聚集体并桥接裂缝电极之间的间隙。

3: 光焊接用于修复柔性氨气传感器

a-c)氨气传感器初始-破损-修复示意图;(d)氨气传感器初始和修复后灵敏度变化图;(e)弯曲对修复的传感器灵敏度的影响。

 

小结:

在本文中,研究人员开发了一种基于微米泵的光焊接方法,用于修复柔性电子器件中导电线路上的裂缝,该光焊接方法可以修复导电线路上尺寸在10-650 μm之间的裂缝,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。

文献链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909965 (A Photowelding Strategy for Conductivity Restoration in Flexible Circuits. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201909965.)

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