近(jin)日，清華大(da)學(xue)航天航空學(xue)院(yuan)、柔(rou)(rou)性(xing)電子(zi)技術(shu)研究中心馮雪(xue)教授課(ke)題(ti)組報道了一種(zhong)利用(yong)(yong)液(ye)滴(di)表面(mian)(mian)張力來(lai)實(shi)(shi)現柔(rou)(rou)性(xing)器件高精度、高成品率轉(zhuan)印(yin)的(de)(de)方法(fa)，該方法(fa)可(ke)以實(shi)(shi)現薄膜器件復(fu)雜(za)異形(xing)曲(qu)面(mian)(mian)的(de)(de)轉(zhuan)印(yin)集(ji)成。研究人員通過毛細管(guan)對液(ye)滴(di)形(xing)態(tai)的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)，調(diao)控(kong)固-液(ye)界面(mian)(mian)的(de)(de)粘附力，從而實(shi)(shi)現柔(rou)(rou)性(xing)器件的(de)(de)轉(zhuan)印(yin)。這種(zhong)方法(fa)不僅可(ke)以實(shi)(shi)現超薄柔(rou)(rou)性(xing)器件的(de)(de)轉(zhuan)印(yin)，還提供了一種(zhong)基于平面(mian)(mian)工藝(yi)實(shi)(shi)現復(fu)雜(za)異形(xing)曲(qu)面(mian)(mian)制(zhi)(zhi)備的(de)(de)新方法(fa)，為曲(qu)面(mian)(mian)柔(rou)(rou)性(xing)電子(zi)器件的(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)提供了新的(de)(de)途(tu)徑，擴展了轉(zhuan)印(yin)技術(shu)在柔(rou)(rou)性(xing)電子(zi)技術(shu)研究中的(de)(de)應用(yong)(yong)。

圖(tu)1.液滴轉(zhuan)印流程示意圖(tu)

柔性(xing)電子器(qi)件(jian)(jian)是通過(guo)將(jiang)功能薄膜集(ji)成到高分子聚(ju)合物柔性(xing)襯(chen)底(di)上來實現(xian)柔性(xing)和(he)(he)(he)延展性(xing)的(de)(de)(de)。由(you)于(yu)柔性(xing)襯(chen)底(di)無法(fa)(fa)為功能薄膜提供生(sheng)長和(he)(he)(he)制(zhi)備的(de)(de)(de)環(huan)境，柔性(xing)電子器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)制(zhi)備工藝(yi)必須增加(jia)一(yi)個重要的(de)(de)(de)環(huan)節—轉印(yin)(yin)，即將(jiang)功能薄膜從其生(sheng)長的(de)(de)(de)無機半導(dao)體襯(chen)底(di)上剝離、再印(yin)(yin)制(zhi)到柔性(xing)承印(yin)(yin)襯(chen)底(di)上。目前，學(xue)界已提出多種轉印(yin)(yin)技術，對于(yu)接(jie)觸式轉印(yin)(yin)方法(fa)(fa)，印(yin)(yin)章與器(qi)件(jian)(jian)表(biao)(biao)面緊密貼合，在(zai)(zai)拾取和(he)(he)(he)印(yin)(yin)制(zhi)過(guo)程中，過(guo)大的(de)(de)(de)接(jie)觸應力(li)(li)會(hui)導(dao)致(zhi)器(qi)件(jian)(jian)損壞，尤其發生(sheng)在(zai)(zai)超(chao)薄和(he)(he)(he)多層(ceng)(ceng)器(qi)件(jian)(jian)中；對于(yu)基于(yu)熱(re)控制(zhi)的(de)(de)(de)轉印(yin)(yin)方法(fa)(fa)，工藝(yi)過(guo)程中柔性(xing)襯(chen)底(di)容(rong)易發生(sheng)熱(re)膨脹(zhang)，進(jin)而導(dao)致(zhi)器(qi)件(jian)(jian)失效(xiao)，無法(fa)(fa)進(jin)行(xing)精密結(jie)構的(de)(de)(de)制(zhi)備；對于(yu)以犧牲層(ceng)(ceng)為代表(biao)(biao)的(de)(de)(de)非(fei)接(jie)觸方法(fa)(fa)，器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)制(zhi)造需經歷(li)多次加(jia)熱(re)，殘余應力(li)(li)容(rong)易影響器(qi)件(jian)(jian)定位精度(du)，難(nan)以實現(xian)精確的(de)(de)(de)印(yin)(yin)制(zhi)。

針對(dui)當前轉(zhuan)印技(ji)術中存在的(de)(de)問題，研究人員結合接觸式和非(fei)接觸式轉(zhuan)印的(de)(de)特(te)點，提出(chu)了一(yi)種(zhong)基(ji)于表面(mian)(mian)(mian)張力的(de)(de)液(ye)滴轉(zhuan)印方法(fa)，利(li)用液(ye)體的(de)(de)流變特(te)性(xing)，通過毛(mao)細管對(dui)液(ye)滴形(xing)態的(de)(de)控(kong)制，調控(kong)固-液(ye)界面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)粘附力，從而實現柔性(xing)器(qi)件的(de)(de)轉(zhuan)印，該(gai)方法(fa)減(jian)少了超薄柔性(xing)器(qi)件的(de)(de)轉(zhuan)印過程中印章(zhang)對(dui)器(qi)件的(de)(de)損傷，同時也為曲面(mian)(mian)(mian)電子(zi)器(qi)件的(de)(de)制造提供了新的(de)(de)思(si)路。

圖2.(a)傳統印(yin)章和液滴印(yin)章針對超(chao)薄LED芯片轉(zhuan)印(yin)集成(cheng)的(de)結(jie)果對比；(b)錐螺(luo)旋(xuan)微天線與異形曲(qu)面的(de)轉(zhuan)印(yin)集成(cheng)

當液(ye)(ye)(ye)體(ti)印(yin)(yin)(yin)(yin)章與(yu)待(dai)轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)器(qi)件(jian)(jian)/單(dan)元結合(he)時，液(ye)(ye)(ye)滴對(dui)(dui)器(qi)件(jian)(jian)進(jin)行(xing)包裹，進(jin)而實(shi)現保護器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。相比(bi)(bi)于(yu)傳統彈(dan)性印(yin)(yin)(yin)(yin)章轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)，液(ye)(ye)(ye)體(ti)的(de)(de)(de)(de)流變特(te)性充分(fen)發揮(hui)作(zuo)用，使得薄(bo)(bo)膜(mo)器(qi)件(jian)(jian)更容(rong)易轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)到多種復雜的(de)(de)(de)(de)空間(jian)(jian)曲面(mian)(mian)上。通(tong)過(guo)對(dui)(dui)固-液(ye)(ye)(ye)界面(mian)(mian)粘(zhan)附力的(de)(de)(de)(de)理(li)論分(fen)析，提出了(le)(le)(le)基于(yu)液(ye)(ye)(ye)滴印(yin)(yin)(yin)(yin)章的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術(shu)，實(shi)現了(le)(le)(le)柔性薄(bo)(bo)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)高度精確(que)可(ke)(ke)控轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)，并(bing)通(tong)過(guo)實(shi)驗證實(shi)了(le)(le)(le)理(li)論模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)(de)正確(que)性與(yu)該轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)行(xing)性。研究(jiu)人(ren)員通(tong)過(guo)液(ye)(ye)(ye)體(ti)印(yin)(yin)(yin)(yin)章轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)，成功實(shi)現了(le)(le)(le)30微米超薄(bo)(bo)LED芯片的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)集(ji)成（圖2a為(wei)傳統印(yin)(yin)(yin)(yin)章和(he)液(ye)(ye)(ye)滴印(yin)(yin)(yin)(yin)章轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)對(dui)(dui)超薄(bo)(bo)LED芯片轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)結果(guo)的(de)(de)(de)(de)對(dui)(dui)比(bi)(bi)）與(yu)錐螺旋微天(tian)線與(yu)異(yi)形曲面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)集(ji)成（圖2b）。此(ci)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)利用了(le)(le)(le)表(biao)面(mian)(mian)張力和(he)毛(mao)細作(zuo)用，可(ke)(ke)以實(shi)現轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)期間(jian)(jian)印(yin)(yin)(yin)(yin)章-薄(bo)(bo)膜(mo)作(zuo)用力的(de)(de)(de)(de)精確(que)調(diao)控，進(jin)而能夠高效、高質(zhi)量地(di)完成超薄(bo)(bo)器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)；利用二維制備工藝(yi)和(he)轉(zhuan)(zhuan)印(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術(shu)，實(shi)現了(le)(le)(le)立體(ti)空間(jian)(jian)微結構和(he)異(yi)形界面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)集(ji)成，為(wei)曲面(mian)(mian)電子(zi)器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)設(she)計與(yu)制備提供(gong)了(le)(le)(le)一種新(xin)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)案。

清華大學(xue)航(hang)天航(hang)空(kong)學(xue)院博士生劉鑫為文(wen)章第一作(zuo)(zuo)者，馬寅佶(ji)助(zhu)理研(yan)究員、馮雪教授是(shi)論文(wen)共同通訊作(zuo)(zuo)者。該研(yan)究工作(zuo)(zuo)得到了國家自然科學(xue)基(ji)金項(xiang)目的資助(zhu)。

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(qing)華(hua)大學版權(quan)屬原作者謹致(zhi)謝意(yi)）