三维(3D)电子器件凭借其优化的空间配置、优异的曲面适应性和高集成密度等优势,突破了传统平面结构的局限,为健康监测、无线供能和人机交互等前沿领域提供了革命性解决方案。然而现有曲面电子制造技术面临显著挑战:非接触式纺丝、喷涂沉积、液膜转移、自适应3D打印等工艺在制造三维曲面电极时普遍存在电学性能不稳定、图案分辨率不足、工艺兼容性有限等瓶颈问题。
针对这一技术困局,北京科技大学王东瑞教授团队创新性地提出"直写-转印(DW&T)"制造策略。研究团队基于前期利用墨水直写技术制备高性能二维平面电极的积累(ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 9906?9915;ACS Appl. Nano Mater. 2024, 7, 14898?14905),融合转移印刷原理,成功突破传统DIW技术对三维曲面适配性不足的限制。该技术通过在聚四氟乙烯(PTFE)柔性基底上制备高精度平面电极,并巧妙利用水凝胶相变特性与PTFE低表面能特性,实现了电子图案从二维平面到三维曲面的无损转移。
实验数据显示,这种DW&T技术可精准调控电极形貌参数:电极线宽调控范围50-400 μm,线高0.07-2.3 μm,最小线间距达20 μm。更值得关注的是,该技术展现出普适性优势,在贝壳表面复杂纹理、隐形眼镜曲面、人体皮肤等复杂3D基底上均实现了高精度、高强度的保形贴附,同时支持通过水浸处理实现电极的无损回收与循环利用。
图1 曲面电子制备过程及相应的样品照片
图2 图案的转移机制及转移前后图案的光电性能
图3 印刷图案在弯曲、拉伸和回收过程中表现出电阻稳定性
图5 基于DW&T技术制备的隐形电子皮肤用于收集人体的电生理信号
原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202410201
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