数字打印柔性电子器件的研究进展_张乃柏_郭秋泉_杨军

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1、中国科学:物理学力学天文学2016年第46卷第4期:044608《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAPhysica,Mechanica&Astronomicaphys.scichina.comSCIENCECHINAPRESS评述可延展柔性光子/电子集成器件专辑数字打印柔性电子器件的研究进展①②②②*张乃柏,郭秋泉,杨军①中国电子科技集团公司第五十四研究所北京研发中心,通信网信息传输与分发技术国家重点实验室,航天信息应用技术重点实验室,北京100070;②DepartmentofMechanicalandMaterialsEngineering,TheUn

2、iversityofWesternOntario,LondonN6A5B9,Canada*联系人,E-mail:jyang@eng.uwo.ca收稿日期:2015-12-16;接受日期:2016-02-22;网络出版日期:2016-03-03NaturalSciencesandEngineeringResearchCouncilofCanada(NSERC)Strategic专项基金(编号:STPGP447623-13)和国家自然科学基金(批准号:61504124)资助项目摘要针对目前在柔性材料基底上打印器件和电路需求急剧增加的状况,本文较系统地总结了基于柔性基底数

3、字打印技术的应用和研究进展,包括柔性基底上打印材料、柔性基底材料、数字打印技术以及数字打印在柔性电子器件上的应用等方面.本文全面阐述了传统技术的局限性和数字打印柔性电子的优势,分析了打印柔性电子的各方面关键技术和应用情况,综述了打印电子的材料和几种直写数字打印技术方式在二维和三维电子打印中的应用,列举了一些突出的应用实例,文末提出了对柔性电子技术发展的一点见解.关键词数字打印技术,喷墨打印,柔性电子,柔性材料,柔性电子器件PACS:07.07.Df,07.10.Cm,07.50.Ek,68.60.Wm1柔性打印电子技术概述区别于传统硅基微电子技术的柔性电子,其最关键

4、问题就是柔性基底材料的应用和加工技术的不[1,2]柔性电子,又常常被称为印刷电子、或者有机同.无机半导体材料和金属材料虽然具有很好的性电子等等,代表着一种新兴的电子技术在很多领域能,但由于缺乏柔性而无法弯曲或拉伸,更重要的是都得到了广泛的应用.同时,不断发展的薄膜材料和它们的制作工艺无法和柔性塑料基底相兼容.这些器件使得柔性电子在各应用领域都有很大的进展.都将大大限制下一代电子产品的便捷性、柔性、可穿柔性电子器件市场在以惊人的速度快速增长,Xerox戴性等等方面的需求,而柔性电子以其独特的柔性PaloAltoResearchCenter(施乐帕克研究中心)的一份和延

5、展性,同时结合高效、大面积、低成本的制造工市场分析报告表明2013年打印柔性电子的市值已超艺,几乎在各个领域,包括信息、能源、医疗、国防过10亿美元,到2016年底全球市场预期达到450亿等,都具有广阔应用前景.而且,目前已经发展出来美元,而且这个市场还在快速增长.许多器件,例如柔性晶体管已经得到商业化应用[3–5],引用格式:张乃柏,郭秋泉,杨军.数字打印柔性电子器件研究进展.中国科学:物理学力学天文学,2016,46:044608ZhangNB,GuoQQ,YangJ.Thedevelopmentofdigitalprintingtechnologiesforf

6、lexibleelectronicsdevices(inChinese).SciSin-PhysMechAstron,2016,46:044608,doi:10.1360/SSPMA2015-00559©2016《中国科学》杂志社www.scichina.com张乃柏等.中国科学:物理学力学天文学2016年第46卷第4期[6]大面积的打印压力传感器的打印,射频识别标签而印刷电子,特别是数字打印电子技术,大大地减少[7][8]RFID的广泛应用,柔性太阳能电池的发展,以及了电路的加工步骤,并且印刷电子技术的出现使得发光二极管LED的应用等等.柔性电子器件应用已大规模电

7、子和R2R的生产成为可能.经涵盖了从生物医学领域到能源技术和太空科学等以传统的喷墨打印为例,它是通过打印机把设[9,10]领域.计好的图形结构直接打印到基底的一种方法,它属[25–28]基于硅基的半导体微电子技术已经在电子技术于增材制造工艺,是一种高效的解决方案.与传[29]领域主导了半个世纪,但是,随着电子产品发展对柔统的光刻工艺相比,数字打印电子技术具有不可性的需求,硅基电子产品所使用的脆性材料,由于缺比拟的优势.这是一个集成了电子和打印两个大工乏柔性,而且生产线需要巨大的投资以及日益复杂业的交叉领域.打印柔性电子技术有助于大大降低的工艺,促进了对柔性电子技