本發(fā)明屬于柔性電子制作相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法。

背景技術(shù)：

柔性電子具備良好的延展特性，適用于生產(chǎn)制造工作在高頻振動和極端溫度引起的力學(xué)/熱變形環(huán)境下的設(shè)備，如航天通信系統(tǒng)、機器人表面皮膚設(shè)計、可穿戴設(shè)備和柔性顯示等領(lǐng)域?，F(xiàn)階段實現(xiàn)柔性電子的可伸展/彎曲特性，一方面可以通過選用更具延展性的金屬材料，另一方面優(yōu)化金屬材料/柔性基底之間的力學(xué)性能，減緩和降低材料的疲勞應(yīng)力。

傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)電材料如銅箔、鋁箔等具備很高的導(dǎo)電性，但其延展性較差，在過渡形變或者疲勞條件下容易斷裂失效。因此，同時具備高電導(dǎo)率和良好延展性的材料對于柔性電子的研發(fā)生產(chǎn)加工顯得十分重要。相較于固體材料，液體形態(tài)的材料天然具備良好的流動性。以汞和鎵銦合金為例，其在常溫下就能呈現(xiàn)穩(wěn)定的液體狀態(tài)，使用時無需進行熱融化，加工過程中能保持穩(wěn)定的液態(tài)；加工完成后，其形態(tài)可以隨著彈性體的形變而改變形態(tài)，不會出現(xiàn)磨損、開裂及局部的分層剝離等問題，而這些正是導(dǎo)致柔性電子報廢的主要原因。由于液態(tài)導(dǎo)電材料的這些優(yōu)良特性，其在柔性電子領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。此外，電路和柔性基體的集成過程多為分開制造再組裝，雖然采用了預(yù)變形、梯形結(jié)構(gòu)等方法來改善形變過程中電路和柔性材料之間的力學(xué)性質(zhì)差異，增加其壽命和延展性，但如此一來將會增加加工和封裝過程的復(fù)雜度和制造成本。

目前，針對液態(tài)導(dǎo)電材料的柔性電子加工手段中具有直寫、微接觸印刷/壓印、微通道注入等方式，由于液態(tài)金屬暴露在空氣中極易氧化，形成的氧化層會堵塞打印設(shè)備的噴嘴，因此其直接打印的過程需要在無氧環(huán)境下進行。同時，由于液態(tài)金屬和基底材料之間的兼容性，直接打印在基底材料表面會出現(xiàn)粘附性低、粗糙度大等問題。而采用壓力驅(qū)動的方式將導(dǎo)電液體(如液態(tài)金屬)注入微流道中，使之填充微流道，通過預(yù)先設(shè)計加工成型的通道結(jié)構(gòu)來約束液態(tài)金屬的形狀，液態(tài)金屬在壓力消失之后能夠保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但此方法需要采用光刻蝕或者快速成型技術(shù)制備模具，前期準備過程耗時且繁瑣，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法，其利用流體在層流狀態(tài)下流動穩(wěn)定的特性，并結(jié)合流體動力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)對柔性電子制作方法進行了設(shè)計。所述柔性電子制作方法將柔性聚合基底材料及導(dǎo)電液體通過同軸針頭實現(xiàn)同步打印，利用所述柔性聚合基底材料對所述導(dǎo)電液體的裹夾，對待形成的電路的寬度進行控制，可以實現(xiàn)更高精度的打印需求，且同時實現(xiàn)了導(dǎo)電液體與柔性聚合基底材料的在線混合和實時固化，效率較高，制造省時，成本較低，制作簡單。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法，其包括以下步驟：

(1)提供一個同軸針頭，所述同軸針頭包括外管及收容于所述外管內(nèi)的芯管，所述芯管的長度小于所述外管的長度；

(2)提供柔性聚合基底材料，并在所述柔性聚合基底材料中添加活性劑以形成柔性組合物；

(3)提供一個平板，并在所述平板的表面上涂一層預(yù)定厚度的所述柔性組合物；

(4)將導(dǎo)電液體及所述柔性組合物分別置于第一微型泵及第二微型泵內(nèi)，并分別設(shè)定所述第一微型泵及所述第二微型泵的流量，同時將所述第一微型泵的出口及所述第二微型泵的出口分別連接于所述芯管及所述外管；

(5)先開啟所述第一微型泵，待所述導(dǎo)電液體處于層流狀態(tài)后再開啟所述第二微型泵，同時，基于微流控技術(shù)分別控制所述第一微型泵及所述第二微型泵的壓力及流量；

(6)待所述柔性組合物與所述導(dǎo)電液體之間形成層流結(jié)構(gòu)后，通過3D打印技術(shù)將所述層流結(jié)構(gòu)按照預(yù)先設(shè)定的幾何形狀打印在所述平板上，待打印成型后固化成型。

進一步的，所述芯管的中心軸與所述外管的中心軸重合；所述芯管與所述外管均為圓管，所述芯管的內(nèi)徑為200微米，所述外管的內(nèi)徑為800微米。

進一步的，所述活性劑占所述柔性組合物的重量百分比為0.33％。

進一步的，所述柔性組合物的平均流量為0.6微升每分鐘，所述導(dǎo)電液體的平均流量為80微升每分鐘。

進一步的，所述柔性組合物與所述導(dǎo)電液體之間形成層流結(jié)構(gòu)后，所述柔性組合物包裹所述導(dǎo)電液體。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法，其將柔性聚合基底材料及導(dǎo)電液體通過同軸針頭實現(xiàn)同步打印，利用所述柔性聚合基底材料對所述導(dǎo)電液體的裹夾，對待形成的電路的寬度進行控制，可以實現(xiàn)更高精度的打印需求，且同時實現(xiàn)了導(dǎo)電液體與柔性聚合基底材料的在線混合和實時固化，效率較高，制造省時，成本較低，制作簡單。

附圖說明

圖1是發(fā)明較佳實施方式提供的基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法的流程圖。

圖2是圖1中的基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法涉及的制作狀態(tài)示意圖。

圖3是采用圖1中的基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法制作的柔性復(fù)合基底材料包裹導(dǎo)電液體的層流結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1至圖3，本發(fā)明較佳實施方式提供的基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法，其利用微觀尺寸下流體在層流狀態(tài)下流動穩(wěn)定的特性，并結(jié)合相應(yīng)的流體動力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)獲取所需要的流場結(jié)構(gòu)。所述柔性電子制作方法將柔性聚合基底材料及導(dǎo)電液體通過同軸針頭實現(xiàn)同步打印，利用流體的裹夾，對待形成的電路的寬度進行控制，可以實現(xiàn)更高精度的打印需求，且同時實現(xiàn)了導(dǎo)電液體與柔性聚合基底材料的在線混合和實時固化，效率較高，制造省時，成本較低，制作簡單。

本實施方式中，所述柔性電子制作方法包括以下步驟：

步驟一，提供一個同軸針頭。具體地，所述同軸針頭包括芯管及外管，所述芯管收容于所述外管內(nèi)，且所述芯管的中心軸與所述外管的中心軸重合。本實施方式中，所述芯管的長度小于所述外管的長度；所述芯管及所述外管均為圓管，所述芯管的內(nèi)徑為200微米，所述外管的內(nèi)徑為800微米；可以理解，所述芯管的尺寸及所述外管的尺寸隨實際應(yīng)用情況的改變而改變，兩者均跟柔性聚合基底材料及導(dǎo)電液體的特性相對應(yīng)。

步驟二，提供柔性聚合基底材料，并在所述柔性聚合基底材料中添加活性劑以形成柔性組合物。具體地，所述活性劑占所述柔性組合物的質(zhì)量百分比依據(jù)所述柔性組合物的組份及數(shù)量而選擇。本實施方式中，所述活性劑占所述柔性組合物的重量百分比為0.33％。

步驟三，提供平板，并在所述平板的表面上涂一層預(yù)定厚度的所述柔性組合物。本實施方式中，所述平板的表面光順。

步驟四，將所述柔性組合物和導(dǎo)電液體分別置于兩個微型泵內(nèi)，并分別設(shè)定兩個所述微型泵的流量，同時將兩個所述微型泵的出口分別連接于所述同軸針頭。具體地，收容所述導(dǎo)電液體的微型泵的出口連接于所述芯管，收容所述柔性組合物的微型泵的出口連接于所述外管；兩個所述微型泵分別用于將所述柔性組合物及導(dǎo)電液體以預(yù)定的流量及壓力泵入所述外管內(nèi)及所述芯管內(nèi)。

步驟五，先開啟收容有所述導(dǎo)電液體的微型泵，待所述同軸針頭內(nèi)的導(dǎo)電液體處于層流狀態(tài)后再開啟收容有所述柔性組合物的微型泵，同時，基于微流控技術(shù)分別控制兩個所述微型泵的壓力及流量，使所述柔性組合物包裹所述導(dǎo)電液體。

具體地，兩個所述微型泵分別為第一微型泵及第二微型泵，所述第一微型泵收容所述導(dǎo)電液體，所述第二微型泵收容所述柔性組合物；所述第一微型泵先開啟，并將所述導(dǎo)電液體灌注所述外管凸出于所述芯管的一段的管孔內(nèi)，同時，控制所述第一微型泵的壓力和流量；待所述同軸針頭內(nèi)的所述導(dǎo)電液體的流動穩(wěn)定后，啟動所述第二微型泵，所述第二微型泵將所述柔性組合物泵入所述同軸針頭，進而泵入所述外管內(nèi)，同時，控制所述第二微型泵的壓力及流量，待所述導(dǎo)電液體與所述柔性組合物之間形成穩(wěn)定的層流結(jié)構(gòu)，所述柔性組合物包裹所述導(dǎo)電液體形成包裹結(jié)構(gòu)。本實施方式中，所述柔性組合物的平均流量為0.6微升每分鐘，所述導(dǎo)電液體的平均流量為80微升每分鐘。

步驟六，待所述同軸針頭內(nèi)的所述柔性組合物與所述導(dǎo)電液體之間形成層流結(jié)構(gòu)之后，通過3D打印技術(shù)將所述層流結(jié)構(gòu)按照預(yù)先設(shè)定的幾何形狀打印在所述平板上，待打印成型后固化成型。本實施方式中，通過3D打印技術(shù)在所述平板上形成電路的寬度約為200微米，所述柔性組合物邊界之間的距離約為600微米，如圖3所示。

本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)的柔性電子制作方法，其將柔性聚合基底材料及導(dǎo)電液體通過同軸針頭實現(xiàn)同步打印，利用所述柔性聚合基底材料對所述導(dǎo)電液體的裹夾，對待形成的電路的寬度進行控制，可以實現(xiàn)更高精度的打印需求，且同時實現(xiàn)了導(dǎo)電液體與柔性聚合基底材料的在線混合和實時固化，效率較高，制造省時，成本較低，制作簡單。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。