フレキシブル電子デバイスにおける微細構造の3Dプリント

フレキシブル電子デバイスにおける微細構造の3Dプリント
寄稿者: 王新天暁勇

近年、ウェアラブル電子機器、スマートスキン、医療検査などの分野で、柔軟で伸縮性のある電子機器が注目を集めています。しかし、現在のウェアラブル電子デバイスの回路は通常、平面の 2 次元形状に基づいています。香港城市大学の劉一鳴氏らは、2次元の幾何学的回路を3次元の立体回路に拡張できるレーザー直接書き込み3Dプリント技術を提案した。同時に、レーザー直接描画技術を使用して、3次元の蛇行導電ネットワークを作成しました。これらの微細構造と基板は、優れた透過率と柔軟性を備えています。

Yiming Liuらは、まず高解像度3Dプリンターを使用して、22mmX22mmのガラス基板の表面にIPL-780フォトレジストを固め、蛇行構造のネットワークを形成しました。次に、マグネトロンスパッタリングを使用して、蛇行ネットワークの表面に厚さ200nmの金属銅をメッキし、構造に優れた導電性を持たせました。最後に、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を使用して蛇行導電性ネットワークをカプセル化し、硬化後にガラス基板を剥がしてフレキシブル電子デバイスを得ました。全体のプロセスを図1に示します。


図1 3D印刷プロセスの原理の概略図(a)、微細構造のSEM写真(b)さらに、Liuらは、蛇行した導電性ネットワークの使用により、透過率が90%という良好な光透過率を達成できることを発見しました(図2)。同時に、図3に示すように、Liuらはこのフレキシブル構造に対して有限要素解析を実施し、より優れた引張特性とねじり特性を得ました。最適化により、引張特性は2.7%から13.8%に向上し、最大曲げ角度は114°から160°に、最大ねじり角度は24°から32°に増加しました。

図2 フレキシブルネットワークの組み立てと機械的柔軟性の実証 Liuらは、この技術は微細構造3Dプリント、マグネトロンスパッタリング、PMDSパッケージング技術を組み合わせて、3次元導電ネットワークの設計と製造を実現すると述べました。将来、3次元回路はフレキシブル電子デバイスの構造と機能を大幅に豊かにするでしょう。




図3 引張、曲げ、ねじり時の銅層のひずみ分布の有限要素解析 参考文献:
Liu Yiming、Xu Yeshou、Avila Raudel、Liu Chao、Xie Zhaoqian、Wang Lidai、Yu Xinge。フレキシブル電子デバイス用の3Dプリントマイクロ構造。[J]。ナノテクノロジー、2019、30(41)。

寄稿者: 王新天暁勇 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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