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《深圳大学》 2018年
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基于液态金属的柔性电极电路的设计、制造及应用

杨锦斌  
【摘要】:如今正受着广泛关注的、能够在各种形变下保持正常运作的柔性电子,一般有两种途径去实现:一是设计具有柔性结构的导体,二是使用本身就具有柔性的导体材料。镓铟合金,一种稳定安全无毒的低熔点的液态金属,具有良好的导电性,同时具有柔软性、流动性、可塑性,是一种优秀的柔性导电材料。以液态金属为材料,设计并制造柔性电极电路图案的方法为液态金属的图案化方法。过去被报道的液态金属图案化方法大体可以归为平板印刷法、注入法、消去法、增材法四大类。然而这些方法的局限性或是在于复杂的步骤,或是在于高昂的成本,或是在于低的图案分辨率。为此,本文开发了一种液态金属图案化技术,用于制造高分辨的液态金属图案,并探索了其在制造柔性电极电路中的应用价值。主要研究内容如下:(1)开发了一种基于平板印刷的无损、高分辨的图案化方法用以制备液态金属图案。我们以微流管道作为模板,将液态金属填充到预先经过等离子体处理的基底上,如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或以PDMS旋凃改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。然后,填充有液态金属的基底置于冷台上进行冷冻,液态金属由液态转变成固态。由于等离子处理增强了基底对液态金属的粘附能力,固化的液态金属在微流管道揭开的过程中会倾向于留在基底表面,于是可以得到各种不同样式、不同尺寸的无损高分辨的液态金属图案。以这个方法制造的液态金属图案不仅具有高的分辨率,还具有高的导电性与电学稳定性,在不同的弯曲半径和扭曲角度下,电阻值不发生明显变化。即便经过数千次的弯曲和扭曲的疲劳测试,其导电能力与初始状态无异。(2)利用该图案化技术设计并制造了三种柔性电子器件,包括:一种基于液态金属叉指电极的电容式触控传感器及基于此传感器的触控键盘,可以识别出手指的触控,甚至在弯曲状态下也可以正常工作;一种柔性液态金属线圈,根据需求调整结构,可用于近场通讯领域,进行信息的读写,或是用于无线电力传输领域,实现隔空充电供能;一种液态金属柔性电路板,可以集成元器件,构成电子设备如单片机控制系统,并赋予设备一定的柔性。这些柔性电子器件即便是在形变的状态下也可以正常运作,得益于液态金属的良好的柔性与连通能力。通过这些应用实例,我们展示了液态金属图案在电极电路领域的广泛的适用性,表明了这种简单高效的液态金属图案化方法在柔性电子领域,特别是在液态金属电极电路的设计、制造和应用领域具有重大的意义。
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN402;TG111.4

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