格拉斯哥团队找到了打印氧化锌纳米线的新方法

科学家们说，一种将精密的高性能电子器件“滑动”到柔性表面上的新方法可以促进电子器件的未来发展。

格拉斯哥大学的工程师声称，他们已经找到了一种方法来解决接触印刷的一个关键问题——一种将电子器件植入到可弯曲塑料表面以产生灵活的电子电路和器件的方法。

能够可靠地大量复制同一器件是开发电子产品并将其推向市场的关键。虽然接触式印刷技术已经发展了十多年，但科学家们一直在努力创造可靠的方法，将他们的电子元件和表面一遍又一遍地组合在一起，同时保持印刷品精确对齐和所需的均匀性。

现在，在《微系统与纳米工程》（Microsystems & Nanoengineering）杂志上发表的一篇新论文《准一维纳米材料大面积定向打印的高度控制系统的开发》中，来自该大学可弯曲电子和传感技术（BEST）的研究人员描述在接触印刷技术中引入滑动运动如何帮助他们以更高的精度将纳米线应用于可弯曲和刚性表面。

该团队首先在实验室的刚性表面上制造氧化锌纳米线，类似于许多高性能传感器设计中已经使用的纳米线。

他们设计了一个自动化系统，将纳米线从它们创建的表面——“供体”表面——转移到一块柔性硅片——“受体”表面。

该系统允许团队机械地控制两个平面平台的运动，这些平台可以旋转以确保它们正确对齐，从而使转移顺利进行。平台的运动类似于两只手的手掌相遇并相互滑动，一个手掌上的扁平物体在此过程中传递给另一只手掌。

供体和受体表面放置在两个平台之间，它们通过精心控制的对齐方式结合在一起。该系统允许团队在表面相遇和滑动时保持对表面上的横向力和剪切力的精确控制，这是使纳米线干净地转移到柔性表面的关键。

上图显示了以下几个阶段： a 接触印刷过程的步骤： i 具有垂直生长的纳米线的供体衬底； ii 使供体衬底滑过受体衬底，同时还施加压力； iii 在接收器基板上印刷的纳米线沿滑动方向对齐。 b 设计的接触式打印系统的 3D 模型：i 水平致动器； ii 称重传感器； iii 垂直致动器； iv 用于对准监测的显微镜； v 自对准供体衬底平台（主轴）； vi 自对准接收器基板平台（辅助轴）； vii 用于固定平台倾斜度的机构。 c 组装系统的图像

在对过程中施加的压力参数进行试验后，该团队使用扫描电子显微镜仔细检查了接触印刷品的质量，每个印刷品的面积约为 10 平方厘米。

他们展示了纳米线在表面上排列的高度均匀性，这表明新工艺可能是在柔性表面上大规模接触印刷纳米线的有用下一步。

格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的 Ravinder Dahiya 领导着 BEST 小组。

Dahiya说：“这是一种简单但有效的技术，我们认为它有很大潜力解决迄今为止接触式印刷的关键问题之一。”

“这篇论文讨论了系统在相对较小的区域上进行可靠打印的能力，这只是因为我们受到我们构建的打印设备尺寸的限制。完全有理由期望相同的过程可以在更大的表面积上工作，从而可以创建具有以前难以实现的可重复性水平的大规模柔性电子器件。“

“尽管该论文展示了使用氧化锌纳米线的技术，但该方法可用于使用硅等材料制造印刷集成电路。新系统还可以支持逐层打印，从而可以开发垂直集成电路。“

“在进行这项研究的同时，我们还开发了一种新方法，可以将半导体可靠地转移到柔性表面上。将我们的直接辊印刷和新的滑动工艺结合到印刷半导体微纳米线可以为高性能柔性电子产品开辟许多新应用。“

“这可能包括为假肢添加复杂的‘触觉’，或开发先进的可穿戴设备以精确跟踪医院患者的生命体征，或寻找新形式的独立、完全可弯曲的数字显示器。”

该研究得到了工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 的资助。

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