近日，清華大學航(hang)天(tian)航(hang)空學院、柔(rou)性(xing)(xing)電(dian)(dian)子技術(shu)研究(jiu)中(zhong)心馮雪教(jiao)授課題組報道(dao)了(le)(le)一種利用液(ye)滴表面(mian)(mian)張力(li)來實(shi)現柔(rou)性(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件高精度、高成品(pin)率(lv)轉(zhuan)印(yin)(yin)的(de)(de)方(fang)法，該方(fang)法可以實(shi)現薄膜器(qi)(qi)(qi)件復(fu)(fu)雜異形(xing)曲面(mian)(mian)的(de)(de)轉(zhuan)印(yin)(yin)集成。研究(jiu)人員通過毛細管對液(ye)滴形(xing)態(tai)的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，調控(kong)固(gu)-液(ye)界(jie)面(mian)(mian)的(de)(de)粘(zhan)附力(li)，從(cong)而實(shi)現柔(rou)性(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件的(de)(de)轉(zhuan)印(yin)(yin)。這種方(fang)法不僅可以實(shi)現超薄柔(rou)性(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件的(de)(de)轉(zhuan)印(yin)(yin)，還(huan)提(ti)供了(le)(le)一種基于平(ping)面(mian)(mian)工藝實(shi)現復(fu)(fu)雜異形(xing)曲面(mian)(mian)制(zhi)(zhi)(zhi)備的(de)(de)新方(fang)法，為曲面(mian)(mian)柔(rou)性(xing)(xing)電(dian)(dian)子器(qi)(qi)(qi)件的(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)造提(ti)供了(le)(le)新的(de)(de)途徑，擴展(zhan)了(le)(le)轉(zhuan)印(yin)(yin)技術(shu)在柔(rou)性(xing)(xing)電(dian)(dian)子技術(shu)研究(jiu)中(zhong)的(de)(de)應用。

圖1.液滴轉印流程示意圖

柔性電(dian)子器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)是通(tong)過(guo)(guo)將功能薄膜(mo)集成(cheng)到高分子聚合物柔性襯底上(shang)(shang)來實(shi)現(xian)柔性和延展性的(de)(de)(de)(de)(de)。由于柔性襯底無法(fa)為功能薄膜(mo)提供(gong)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)和制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境，柔性電(dian)子器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)備(bei)工藝(yi)必須增加一個重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)節—轉印(yin)，即將功能薄膜(mo)從其生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)無機半導(dao)(dao)體襯底上(shang)(shang)剝離(li)、再印(yin)制(zhi)(zhi)到柔性承印(yin)襯底上(shang)(shang)。目(mu)前(qian)，學界已提出多種轉印(yin)技術，對于接(jie)觸式轉印(yin)方法(fa)，印(yin)章與器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)表面(mian)緊密貼合，在(zai)拾取和印(yin)制(zhi)(zhi)過(guo)(guo)程中，過(guo)(guo)大的(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸應力會(hui)導(dao)(dao)致(zhi)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)損壞，尤(you)其發生(sheng)(sheng)在(zai)超薄和多層器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)中；對于基(ji)于熱控制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)轉印(yin)方法(fa)，工藝(yi)過(guo)(guo)程中柔性襯底容易(yi)發生(sheng)(sheng)熱膨脹，進而導(dao)(dao)致(zhi)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)失效，無法(fa)進行精密結構的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)備(bei)；對于以犧牲(sheng)層為代表的(de)(de)(de)(de)(de)非接(jie)觸方法(fa)，器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造需經歷多次加熱，殘余應力容易(yi)影響器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)定位精度，難以實(shi)現(xian)精確(que)的(de)(de)(de)(de)(de)印(yin)制(zhi)(zhi)。

針對當前轉(zhuan)印(yin)技術(shu)中存在的(de)問題，研究人(ren)員結合接(jie)(jie)觸式和非(fei)接(jie)(jie)觸式轉(zhuan)印(yin)的(de)特點，提(ti)出了一種基于表(biao)面張(zhang)力的(de)液(ye)滴轉(zhuan)印(yin)方法，利用液(ye)體的(de)流變特性(xing)(xing)，通過毛細管對液(ye)滴形態(tai)的(de)控制，調控固-液(ye)界面的(de)粘附力，從而實現柔性(xing)(xing)器(qi)件的(de)轉(zhuan)印(yin)，該(gai)方法減少(shao)了超薄柔性(xing)(xing)器(qi)件的(de)轉(zhuan)印(yin)過程中印(yin)章對器(qi)件的(de)損傷，同時(shi)也為曲面電子器(qi)件的(de)制造提(ti)供了新(xin)的(de)思路(lu)。

圖2.(a)傳(chuan)統印(yin)章和液滴印(yin)章針對(dui)超(chao)薄LED芯片轉印(yin)集(ji)成的結(jie)果對(dui)比；(b)錐螺旋微天線與異形曲面的轉印(yin)集(ji)成

當液(ye)(ye)(ye)體印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)與待轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)器(qi)件(jian)/單元結(jie)(jie)合(he)時，液(ye)(ye)(ye)滴(di)對(dui)(dui)器(qi)件(jian)進行包裹，進而實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)保(bao)護器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。相比于(yu)(yu)傳(chuan)統(tong)彈性(xing)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)方法(fa)，液(ye)(ye)(ye)體的(de)(de)(de)(de)(de)流變(bian)特(te)性(xing)充分發揮(hui)作(zuo)用(yong)(yong)，使(shi)得薄(bo)膜器(qi)件(jian)更容(rong)易轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)到多種復雜的(de)(de)(de)(de)(de)空間曲面(mian)(mian)上。通(tong)過對(dui)(dui)固(gu)-液(ye)(ye)(ye)界(jie)面(mian)(mian)粘附(fu)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)理論(lun)分析，提出了(le)基于(yu)(yu)液(ye)(ye)(ye)滴(di)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術，實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)了(le)柔性(xing)薄(bo)膜的(de)(de)(de)(de)(de)高度精(jing)確(que)可控(kong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)，并通(tong)過實(shi)(shi)(shi)驗證實(shi)(shi)(shi)了(le)理論(lun)模型的(de)(de)(de)(de)(de)正確(que)性(xing)與該轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)方法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)可行性(xing)。研究(jiu)人員通(tong)過液(ye)(ye)(ye)體印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)方法(fa)，成(cheng)功實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)了(le)30微(wei)米超(chao)薄(bo)LED芯片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)集成(cheng)（圖2a為(wei)傳(chuan)統(tong)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)和(he)(he)液(ye)(ye)(ye)滴(di)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)對(dui)(dui)超(chao)薄(bo)LED芯片(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)結(jie)(jie)果的(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)(dui)比）與錐(zhui)螺旋微(wei)天線與異(yi)形(xing)曲面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)集成(cheng)（圖2b）。此方法(fa)利(li)用(yong)(yong)了(le)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)和(he)(he)毛(mao)細作(zuo)用(yong)(yong)，可以(yi)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)期間印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)章(zhang)(zhang)-薄(bo)膜作(zuo)用(yong)(yong)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)精(jing)確(que)調控(kong)，進而能夠(gou)高效、高質量地完(wan)成(cheng)超(chao)薄(bo)器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)；利(li)用(yong)(yong)二(er)維制備工藝和(he)(he)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術，實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)了(le)立體空間微(wei)結(jie)(jie)構和(he)(he)異(yi)形(xing)界(jie)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)集成(cheng)，為(wei)曲面(mian)(mian)電子器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)設計(ji)與制備提供(gong)了(le)一種新的(de)(de)(de)(de)(de)方案。

清(qing)華大學航天航空學院博士生劉鑫為文章第一作(zuo)(zuo)者，馬寅佶助理研(yan)究員、馮雪教授是論(lun)文共同(tong)通訊作(zuo)(zuo)者。該研(yan)究工作(zuo)(zuo)得到了國家自然科學基金(jin)項目(mu)的資助。

論文信息：

Liquid Droplet Stamp Transfer Printing

Xin Liu,Yu Cao,Kunwei Zheng,Yingchao Zhang,Zhouheng Wang,Yihao Chen,Ying Chen,Yinji Ma*,Xue Feng*

（來源：清華大學版權屬原作者(zhe)謹致謝意）