研究人员推动可拉伸电子产品走向商业化

软可拉伸电子产品（SSE）是可穿戴设备和健康监测技术研究的温床。然而，SSE面临的一个挑战是无法为该技术开发经济且可扩展的制造工艺。

本周，卡内基梅隆大学的研究人员发表了一篇论文，描述了一种大规模生产SSE的新方法。在本文中，我们将了解SSE的现状、现有挑战以及CMU的新研究。

 

在该应用中，将无电池软传感器贴片应用于制造后的硅片。图片由卡内基梅隆大学提供

 

软拉伸电子技术的挑战

目前有许多技术用于开发SSE，但其中液态金属（LM）架构是最有前途的技术之一。

基于LM的SSE通常通过在柔性电子基板上沉积液态金属来工作，其中LM可以用作微芯片之间的物理互连，也可以沉积以形成不同的部件，如应变仪。与其他形式的SSE相比，LMs很受欢迎，因为它们在通道内自由流动，表现出高顺应性，即使在大变形下也能保持其导电性。

 

像镓这样的液态金属有许多新兴的使用案例，包括软电子产品。图片由Knownable Magazine提供

 

最流行的LM形式之一是镓基合金共晶镓铟（EGaIn）。EGaIn特别受欢迎，因为它具有独特的稳定性、可忽略的毒性和极高的电导率（298 K时为3.4×106 S m−1）。

然而，尽管EGaIn很受欢迎，但研究人员尚未设计出大规模生产该技术的方法。其中一个主要挑战是，当EGaIn暴露在空气中时，LM周围会形成氧化镓“表皮”。这种表皮使得难以在沉积的金属中实现均匀性和连续性。到目前为止，还没有人以可扩展的方式解决这一挑战。

 

卡内基梅隆大学找到大规模生产SSE的方法

现在，卡内基梅隆大学的研究人员发表了一篇新论文，描述了一种将基于LM的SSE商业化的方法。

这项新技术结合了选择性金属合金润湿和EGaIn的可控浸涂。金属合金润湿工艺将液态金属沉积到所需的电路布局中，而浸涂工艺溶解当EGaIn暴露于空气中时出现的氧化皮，而不保持LM的选择性沉积。

 

拟定的制造工艺。图片由先进材料技术提供

 

这里，薄铜迹线被光刻图案化到弹性体表面上作为润湿层。然后，浸渍涂层使EGaIn能够选择性地沉积到电路布局上。浸涂是使用定制的机器实现的，该机器将晶片浸入由氢氧化钠（NaOH）水溶液组成的浴槽中，然后是EGaIn。NaOH去除氧化皮，同时根据需要沉积EGaIn。

利用这项技术，该团队成功地制造了基于EGaIn的LM器件。研究表明，研究人员可以成功制造出许多具有高几何和电学再现性的LM电容器。

 

SSE可能在可穿戴设备上崭露头角

所提出的技术可以集成到微电子的标准微制造流程中，这意味着它可以很容易地扩展和负担得起。CMU的研究人员正在关注可穿戴技术和健康监测设备等应用，这些应用可以很容易地适应皮肤，以提高准确性和性能。