[發明專利]一種液態金屬制備柔性電子/量子線路的方法

有效

• 申請號: 202011041537.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112195441B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 劉宜偉;王盛丁;李潤偉;范煒
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;C23C14/20;C23C14/02;C23C14/54
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明涉及柔性電子領域，公開了一種液態金屬制備柔性電子/量子線路的方法，包括步驟：(1)利用光刻技術在柔性襯底上制備電極，再將柔性襯底沿著電極方向拉伸；(2)采用真空熱蒸發在步驟(1)拉伸后的柔性襯底表面沉積液態金屬薄膜；(3)在真空條件下，拉伸后的柔性襯底恢復原長，液態金屬薄膜的液態金屬球沿拉伸方向排列形成電子線路；或，在空氣條件下，拉伸后的柔性襯底恢復原長，液態金屬薄膜的液態金屬球沿拉伸方向排列形成量子線路。利用該方法可獲得微米級的電子線路陣列或量子線路陣列，具有柔性電子微型化、集成化潛在應用。

技術領域

本發明涉及柔性電子領域，具體涉及一種液態金屬制備柔性電子/量子線路的方法。

背景技術

隨著電子科學技術的不斷發展，生活水平的提高，人們對日常生活中的電子器件提出了新的要求，滿足設備的能形變要求，在一定范圍的形變(彎曲、折疊、扭轉、壓縮或拉伸)條件下仍可工作的電子設備，不損壞本身電子性能。目前一般是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性的襯底上(例如塑料、薄金屬基板等)而實現，在柔性顯示、柔性存儲、柔性儲能、柔性傳感、柔性電路等方面有廣闊的應用前景。

在柔性電子不斷實現可延展性、可拉伸性的同時，柔性電子器件不斷向微型化、集成化發展，柔性電子線路陣列是柔性電子器件重要組成部分，也在小型化發展。在柔性電子線路的研究和應用中，研究人員通過將導電性良好的金屬材料構造島狀、網狀、彈簧狀等結構實現了一定的形變能力，但彎曲拉伸性能受到限制，所以人們逐漸將目光聚焦到導電能力良好，能隨襯底變形而流動并重新排布的室溫液態金屬材料。

室溫液態金屬的熔點較低，能在室溫下操作處理。現有的基于液態金屬的柔性電子線路的制作方法主要有直接打印、超聲沉積并機械激活、模板法等，如但是這些方法存在著諸如過程復雜、實驗設備要求高、制作效率低等問題。同時由于液態金屬本身較大的表面張力，在液態金屬材料與柔性襯底材料結合的過程中，很難將液態金屬鋪展開，液態金屬線路的尺寸和厚度受到限制，不利于柔性電子微型化集成化。

CN105744748A公開了一種雕刻式液態金屬線路制作方法及設備，雕刻式液態金屬線路制作裝置的控制機與移動機構連接，用于控制移動機構的移動；移動機構上分別安裝有雕刻刀頭和打印筆頭，雕刻刀頭和打印筆頭的下方對應設置有打印基底；移動機構在打印基底的上方分別沿三維坐標系中的X軸、Y軸和Z軸移動，以帶動雕刻刀頭和打印筆頭分別在打印基底上雕刻線路凹槽、和向線路凹槽內注射液態金屬。該制作方法能避免液態金屬流動帶來的短路等問題，產品制造速度快、成本低且穩定實用，有效改善了打印穩定性。但該方法的設備復雜，同時需要對柔性基底進行雕刻，對柔性基底有損傷。

CN106498348A公開了一種使用液態金屬制備柔性電子線路的方法與裝置，用熱蒸發技術或者濺射技術，將液態金屬作為蒸發源或者濺射源，熱蒸發或者轟擊濺射出液態金屬粒子沉積在柔性襯底表面，形成液態金屬薄膜。該方法簡單易行，有利于柔性電子線路的小尺寸化。另外，本發明提供的制備裝置結構簡單，能夠實現對液態金屬靶材進行熱蒸發與濺射兩種方式，因此使用靈活。但需要通過掩模版對柔性電子線路線寬和線間距控制，掩模版制備工藝復雜，線寬和線間距難達到幾微米的分辨率。

發明內容

本發明旨在提供一種可微型化、集成化的柔性電子線路的制備方法，利用液態金屬在柔性襯底上重排，得到微米級的電子線路陣列或量子線路陣列，制備工藝簡單、效率高，成本低。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種液態金屬制備柔性電子/量子線路的方法，包括如下步驟：

(1)利用光刻技術在柔性襯底上制備電極，再將柔性襯底沿著電極方向拉伸；

(2)采用真空熱蒸發在步驟(1)拉伸后的柔性襯底表面沉積液態金屬薄膜；

(3)在真空條件下，拉伸后的柔性襯底恢復原長，液態金屬薄膜的液態金屬球沿拉伸方向排列形成電子線路；或，