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英国格拉斯哥大学研制出基础打印系统,可将硅纳米线用于制造大面积可弯曲电子器件

英国格拉斯哥大学可弯曲电子和传感技术(BEST)研究小组展示了一种干式接触打印系统,可将多个硅纳米线转移到柔性大面积基板上,以此开发出可以很好控制电子特性的高性能超薄电子层。此次突破为在物联网和智能城市应用中大规模使用柔性和可弯曲电子设备提供了机会。研究成果发表在《微系统和纳米工程》杂志上。

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 图为此次研究出的干式接触打印机



技术优势


负责该项研究的Ravinder Dahiya教授表示,“单晶硅是一种脆性材料,当被弯曲时就会裂开。我们开发的全新定制闭环接触打印系统,已能够在柔性衬底上打印多个100纳米硅纳米线引脚来形成电子层。电子材料与衬底直接接触,因此是干印刷而非湿印刷。我们可以实现高产率的对齐纳米线,可以在大面积上产生均匀的响应。”


面临挑战


将硅纳米线用于大面积电子设备的一大挑战是实现均匀的器件响应。纳米线过小的尺寸也增加了与集成相关的挑战难度,特别是对于非传统柔性基板上的大面积电子设备。要解决这些问题,需要新的方法来合成具有均匀纵横比的高度结晶的半导体纳米线,并且以这样的方式组装对准的纳米线,使其制成的电子层可以实现在大面积上具有均匀响应的器件。


技术核心


在论文中,研究人员概述了如何用硅和氧化锌制造半导体纳米线,并将其打印在柔性基板上以开发电子器件和电路。在这个过程中,他们发现可以产生均匀的在相同方向上排列的硅纳米线,而不是由类似的氧化锌工艺产生的更随机的树枝状排列。该论文概述了从对准的纳米线获得这种电子层的接触打印方法,并使用纳米线整体来开发器件。与基于单纳米线的器件相比,纳米线整体在统计学上的尺寸变化要低得多,因此,基于多纳米线的器件在大面积上具有可接受的响应均匀性。

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图为工艺过程


结果验证


研究团队进行了一系列实验。使用他们在实验室中开发和制造的打印设备将导线打印到柔性表面上。经过一系列实验,他们找到压力和速度的最佳组合,可以有效地一次又一次地打印纳米线。

 

意义

Dahiya教授说:“这篇论文标志着通向新一代柔性和印刷电子产品的一个重要里程碑。为了使未来的电子设备能够将灵活性融入其设计中,行业需要获得能够以经济实惠方式且在大面积上制造高能效和高性能电子设备的能力。包括此次进展,我们为实现所有这些突破已经走了很长一段路。我们研制的接触打印系统,使我们能够可靠地制造出具有高度可重复性的柔性电子设备,这是朝着创造各种可弯曲、灵活、可扭卷新设备迈出了令人兴奋的一步。” 

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