新技术实现室温下高效打印金属氧化物薄膜电路

来自 实验室仪器网

研究人员开发出了一种在室温下打印薄金属氧化物薄膜的技术，并通过将金属氧化物打印到聚合物上来演示该技术，从而创建高度灵活的电路。

“制造可用于电子产品的金属氧化物传统上需要使用速度慢、价格昂贵且在高温下运行的专用设备，北卡罗来纳州立大学卡米尔和亨利·德雷福斯化学和生物分子工程教授迈克​​尔·迪基 (Michael Dickey) 表示。“我们希望开发一种在室温下制造和沉积金属氧化物薄膜的技术，本质上就是打印金属氧化物电路。”

金属氧化物是几乎所有电子设备中都含有的重要材料。大多数金属氧化物都是电绝缘的（如玻璃）。但有些金属氧化物既导电又透明，这些氧化物对于智能手机的触摸屏或电脑的显示器至关重要。

为了进行这项研究，研究人员开发了一种新方法，可以将金属氧化物从液态金属弯月面中分离出来。如果用液体填充一根管子，弯月面就是液体延伸到管子末端的弯曲表面。它之所以弯曲，是因为表面张力会阻止液体完全溢出。对于液态金属，弯月面的表面覆盖着一层薄薄的金属氧化物皮，这是在液态金属与空气接触的地方形成的。

“我们用液态金属填充两块玻璃片之间的空间，这样一小块弯月面就会延伸到玻璃片的两端，”迪基说。“我们可以把玻璃片想象成打印机，液态金属就是墨水。然后，液态金属的弯月面就可以与表面接触了。弯月面四周都覆盖着氧化物，类似于包裹水球的薄橡胶。当我们将弯月面移过表面时，弯月面正面和背面的金属氧化物会粘附在表面上并剥落，就像蜗牛留下的痕迹一样。在这种情况下，弯月面上暴露的液体会不断形成新的氧化物，从而实现连续打印。”

结果是打印机覆盖了一层厚度约为4纳米的两层金属氧化物薄膜。

研究人员利用多种液态金属和金属合金演示了这项技术，每种金属都会改变金属氧化物膜的成分。还能够通过多次使用打印机来堆叠多层薄膜。令人惊讶的事情是，印刷出来的薄膜是透明的，但却具有金属特性，”迪基说，“它们的导电性极佳。”

“由于薄膜具有金属特性，金会与印刷氧化物结合，这是不寻常的，金通常不会粘附在氧化物上，工程教授 Unyong Jeong 说道。“当你将少量金引入这些薄膜时，金基本上融入了薄膜中。这有助于防止氧化物的导电性能随着时间的推移而下降。”

此外，研究人员还发现，这些薄膜在高温下仍能保持导电性能。如果薄膜厚度为4纳米，则其导电性能可保持至近60 摄氏度。如果薄膜厚度为12纳米，则其导电性能可保持至至少800摄氏度。通过将金属氧化物印刷到聚合物上展示了其技术的实用性，创建了高度灵活的电路，这些电路足够坚固，即使折叠40,000次后也能保持其完整性。

这种室温打印技术代表了电子制造的未来趋势，有助于实现更高效、更环保的生产方式。

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