卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的一項新研究可能會迎來可大規(guī)模生產(chǎn)的可拉伸軟電子 (SSE) 時代。

軟可拉伸電子產(chǎn)品 (SSE) 是可穿戴設(shè)備和健康監(jiān)測技術(shù)研究的溫床。然而，SSE 面臨的一個挑戰(zhàn)是無法為該技術(shù)開發(fā)經(jīng)濟(jì)且可擴(kuò)展的制造工藝。

本周，卡內(nèi)基梅隆大學(xué) (CMU) 的研究人員發(fā)表了一篇論文，描述了一種大規(guī)模生產(chǎn) SSE 的新方法。在本文中，我們將了解 SSE 的現(xiàn)狀、存在的挑戰(zhàn)以及 CMU 的新研究。

在此應(yīng)用中，無電池軟傳感器貼片應(yīng)用于硅晶片的制造后。圖片由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)提供

軟可拉伸電子產(chǎn)品的挑戰(zhàn)

目前有許多開發(fā) SSE 的技術(shù)，但其中，液態(tài)金屬 (LM) 架構(gòu)是有前途的技術(shù)之一。

基于 LM 的 SSE 通常通過將液態(tài)金屬沉積到柔性電子基板上來工作，其中 LM 既可以用作微芯片之間的物理互連，也可以沉積形成不同的組件，例如應(yīng)變計。與其他形式的 SSE 相比，LM 很受歡迎，因?yàn)樗鼈冊谕ǖ纼?nèi)自由流動，表現(xiàn)出高柔順性，即使在大變形下也能保持導(dǎo)電性。

像鎵這樣的液態(tài)金屬有許多新興的用例，包括軟電子產(chǎn)品。圖片由Knowable 雜志提供

流行的 LM 形式之一是鎵基合金共晶鎵銦 (EGaIn)。EGaIn 因其獨(dú)特的穩(wěn)定性、可忽略的毒性和較高的電導(dǎo)率（298 K 時為 3.4 × 106 S m-1）而特別受歡迎。 

然而，盡管 EGaIn 很受歡迎，但研究人員尚未設(shè)計出一種大規(guī)模生產(chǎn)該技術(shù)的方法。主要挑戰(zhàn)之一是當(dāng) EGaIn 暴露在空氣中時，LM 周圍會形成氧化鎵“皮膚”。這種表皮使得難以在沉積金屬中實(shí)現(xiàn)均勻性和連續(xù)性。到目前為止，沒有人以可擴(kuò)展的方式解決了這一挑戰(zhàn)。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)找到了批量生產(chǎn) SSE 的方法

現(xiàn)在，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員發(fā)表了一篇新論文，描述了一種將基于 LM 的 SSE 商業(yè)化的方法。

新技術(shù)結(jié)合了選擇性金屬合金潤濕和 EGaIn 的受控浸涂。金屬合金潤濕工藝將液態(tài)金屬沉積到所需的電路布局中，而浸涂工藝溶解了當(dāng) EGaIn 暴露在空氣中時出現(xiàn)的氧化皮，而不保持 LM 的選擇性沉積。 

建議的制造工藝。圖片由先進(jìn)材料技術(shù)公司提供

在這里，薄銅跡線被光刻圖案化到彈性體表面作為潤濕層。然后，浸涂能夠?qū)?EGaIn 選擇性沉積到電路布局上。浸涂是使用定制的機(jī)器實(shí)現(xiàn)的，該機(jī)器將晶片浸入由頂部表面的氫氧化鈉 (NaOH) 水溶液組成的浴槽中，然后是 EGaIn。NaOH 去除氧化皮，而 EGaIn 則根據(jù)需要沉積。 

使用這種技術(shù)，該團(tuán)隊成功地制造了基于 EGaIn 的 LM 器件。該研究表明，研究人員可以成功地制造出許多具有高幾何和電氣再現(xiàn)性的 LM 電容器。 

SSE 可能會在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域嶄露頭角

所提出的技術(shù)可以集成到微電子的標(biāo)準(zhǔn)微制造流程中，這意味著它可以很容易地擴(kuò)展和負(fù)擔(dān)得起。CMU 研究人員正在關(guān)注可穿戴技術(shù)和健康監(jiān)測設(shè)備等應(yīng)用，這些設(shè)備可以輕松貼合皮膚以提高準(zhǔn)確性和性能。