新型三维互连技术让未来可穿戴电子产品变得更舒适实用

据韩国基础科学研讨院官网近来报导，该研讨院与蔚山国立科技大学研制出高导电率、可完全变形的超薄电极资料。这项研讨经过更细的三维互连线，将协助咱们完全改造智能设备的外观，并加强它们的技能功用。

布景

在手腕上戴一块智能手表，就能让自己看起来很帅，这样的日子好像现已离咱们远去了。近来，可穿戴生物技能产业显示出对未来主义物品永不满意的巴望。这些物品包含：监测脑电波的止痛护目镜、监测生命体征的贴纸、解读心智的眼镜等。

可监测心率、呼吸、肌肉运动和其他健康数据并发送至智能手机的皮肤贴片（图片来历：大邱庆北科学技能院）

虽然所有这些可穿戴原型产品是否都会流行起来还不确认，但有一点很清楚：可穿戴技能领域还会呈现更多的产品。可是，这一巨大的潜力却受制于一项技能性束缚：这些可穿戴产品从来没有让用户真实地感觉到“可穿戴”。

虽然它们摸起来应该像是穿戴者的第二层皮肤，可是从技能视点来说，咱们规划出的产品却无法在柔软、具有弧度的皮肤上舒适地曲折与拉伸，并一起坚持杰出的数据记载才能。

可穿戴智能设备经过将电极衔接到皮肤外表，收集个人生理目标测量值。设备的内部是三维形状的电极衔接线（也便是互连线），它们能够传递电信号。迄今为止，这些互连线只能在生硬外表上构成，并且其成分都是易损、难以拉伸的金属，例如金、银、铝。

立异

坐落韩国大田的基础科学研讨院（IBS）纳米医学中心的 Jang-Ung Park 教授与坐落韩国蔚山的蔚山国立科技大学（UNIST）的 Chang Young Lee 教授领导的科研团队，在《纳米快报（Nano Letters）》期刊上宣布的一篇论文中，报告了可完全变形的高导电率电极资料。

值得注意的是，这种新式复合资料超薄，直径为5微米，是传统衔接线宽度的一半。这项研讨经过这种更细的三维互连线，将协助咱们完全改造智能设备的外观，并加强它们的技能功用。

图1-1：这项研讨的图形概要。以铂（Pt）润饰的碳纳米管与液态金属之间具有很高的亲合性（左），并导致碳纳米管在液态金属中均匀散布，构成可拉伸的金属复合资料（中）。这种可拉伸的金属资料的机械功能优于未经处理的液态金属，因而很合适被刻画为“始终如一的细（也便是说高分辨率）”的三维结构（右）。

（图片来历：IBS）

图1-2：液态金属的图片（左）、有碳纳米管无铂（Pt）的液态金属（右）、在碳纳米管外表上用铂润饰的可拉伸金属复合资料（右）。铂（Pt）能够使得碳纳米管在液态金属基体中均匀散布。

（图片来历：IBS）

技能

研讨团队选用液态金属（LM）作为首要基底，由于液态金属高度可拉伸，并具有与固态金属类似的相对较高的导电率。碳纳米管（CNT）均匀地散布其间，以改进液态金属的机械稳定性。论文榜首作者 Young-Geun Park 表明：“为了让碳纳米管均匀地散布在液态金属中，咱们挑选了关于碳纳米管与液态金属来说都有很强亲合性的铂（Pt）作为混合剂，它确实起到了效果。”

图2：可拉伸金属复合资料的三维印刷体系示意图。该印刷体系由一个衔接墨水槽的尖嘴、一个压力控制器和可在x、y、z轴以及xy平面中其他两个倾斜轴上自主运动的五轴运动台组成。墨水槽中充满了可拉伸金属复合资料。

（图片来历：IBS）

这项研讨也展现了一项新的互连技能，它能够在室温下构成高度导电的三维结构。为了具有高导电率，新体系不需要任何加热或许紧缩进程。此外，这种新式电极的柔软与可拉伸的天分，也使之更简单经过直径很小的喷嘴。研讨团队选用喷嘴直接印刷各式各样的三维图画结构，如图3所示。

图3-1：在电子芯片般的柔性资料（硅胶）三维结构上印刷的可拉伸金属复合资料的立体显微照片。比例尺为100 微米。

（图片来历：IBS）

图3-2：印刷而成的可拉伸金属复合资料的各种三维结构示意图（左）和扫描电子显微镜图画（右）。三维互连能够交叠。比例尺为100 微米。

（图片来历：IBS）

Park 解释道：“关于运用各种柔性电子资料来说，在室温下构成高度导电的三维互连线是一项必要的技能。在现有电子器件中运用的这种打线技能，选用热量、压力或许超声波来构成互连线，有或许损坏与皮肤类似的柔性设备。在高功能电子器件制作工艺中，这些要素都带来了巨大的应战。”他注意到，尖嘴也使得预印的图画重塑为各种三维结构，具有一个像“开关”相同作业的电极，然后翻开和封闭电源。

这种复合资料的高分辨率三维印刷，选用了直接印刷法，构成了无支撑的线状互连。具体来说，这种新的可拉伸的三维电气互连是由超薄线（5微米细）组成。之前，关于可拉伸金属的研讨只能展现直径为几百微米的线。这种新体系比传统打线办法制作出的互连线更细。

价值

论文通讯作者 Jang-Ung Park 教授表明：“咱们不久将能够与那些根据皮肤的巨大粗笨的接口说再会，由于这种可自在变形的超薄三维互连技能将成为职业的重大突破，制作出细巧纤细的设备。这项新技能让人体与电气设备之间的边界变得含糊，将促进集成度更高、功能更好的半导体元器件的出产，应用于现有计算机和智能手机，以及柔性且可拉伸的电子器件。”

关键字

柔性电子、碳纳米管、可穿戴技能

参考资料

【1】Young-Geun Park, Hyegi Min, Hyobeom Kim, Anar Zhexembekova, Chang Young Lee, Jang-Ung Park.Three-Dimensional, High-Resolution Printing of Carbon Nanotube/Liquid metal Composites with Mechanical and Electrical Reinforcement. Nano Letters, 2019; 19 (8): 4866 DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00150

【2】https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/selectBoardArticle.do?nttId=17529&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=