背景：

  瞬態(tài)電子為減少電子廢物和用于植入生物電子學(xué)提供了一個(gè)有前途的解決方案，但它們的制造仍然具有挑戰(zhàn)性。我們報(bào)告了一種可擴(kuò)展的方法，協(xié)同結(jié)合化學(xué)和光子機(jī)制來(lái)燒結(jié)印刷的鋅微粒。在使用酸性溶液還原氧化物層后，使用閃光燈退火處理將鋅顆粒凝聚成一個(gè)連續(xù)的層。所得到的燒結(jié)鋅圖樣的電導(dǎo)率值高達(dá)5.62×10⁶Sm^?1。印刷鋅痕跡的電導(dǎo)率和耐久性使生物可降解傳感器和LC電路的制造成為可能：溫度、應(yīng)變和無(wú)芯片無(wú)線力傳感器，以及用于遠(yuǎn)程供電的射頻感應(yīng)線圈。該工藝可以減少傳遞到基板的光子能量，并與溫度敏感的聚合物和纖維素基底兼容，為生物可降解電子產(chǎn)品和瞬態(tài)植入物的增材制造提供了新的途徑。

文獻(xiàn)介紹：

  瞬態(tài)電子設(shè)備，即在給定環(huán)境中完全降解而不產(chǎn)生有害副產(chǎn)品的電子組件和設(shè)備，在減少電子廢物方面顯示出潛力，并使新型生物可吸收植入物成為可能，消除了再手術(shù)的需要。人們提出了不同的材料，如可溶金屬、可降解半導(dǎo)體、基底和電介質(zhì)。這些發(fā)展導(dǎo)致了各種設(shè)備的演示，包括電池、加熱器、晶體管、能量收集器，以及壓力、應(yīng)變和溫度傳感器。這些功能性生物可降解組件和器件大多依賴于來(lái)自半導(dǎo)體工業(yè)的微加工技術(shù)，以及使用掩膜技術(shù)或轉(zhuǎn)移打印，以避免將功能層直接繪制在溫度和溶劑敏感的可生物降解基質(zhì)上的困難。作為一種替代方法，增材制造技術(shù)在制造柔性瞬態(tài)電子器件方面顯示出了前景，特別是在需要大面積、成本效益和低廢物制造的領(lǐng)域。數(shù)字增材制造還具有允許在3D曲線曲面上自由打印和多傳感范式的無(wú)縫集成的優(yōu)勢(shì)。這擴(kuò)展了可定制的、可變形的或高度適形的傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)可能性，這可以是自供電或遠(yuǎn)程供電的。這些制造方法有潛力為功能性可降解電子器件的制造開(kāi)辟新的可能性，但需要聯(lián)合優(yōu)化可打印的油墨的配方、沉積工藝和后處理方法。在將瞬態(tài)金屬微顆粒或納米顆粒油墨沉積后，電導(dǎo)率通常很低或不存在，并且需要一個(gè)燒結(jié)步驟，即將材料致密化而不熔化到液化點(diǎn)。由于這些材料的反應(yīng)性，以及它們?nèi)菀自诳諝庵凶匀恍纬裳趸瘜?，這一點(diǎn)尤其具有挑戰(zhàn)性。目前提出的方法很少，可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)印刷可降解的可生物降解導(dǎo)電層。這些方法側(cè)重于鋅，因?yàn)樗娜埸c(diǎn)很低，而且它的微顆粒和納米顆粒形式的價(jià)格適中。目前應(yīng)用于燒結(jié)鋅顆粒的方法可分為光子和電化學(xué)兩類。光子方法是基于使用高功率激光器或燈來(lái)選擇性地加熱金屬層，同時(shí)最小化與襯底的相互作用。它們通常受到鋅顆粒的高熔點(diǎn)（Tm=1950°C）天然氧化層的限制，該氧化層通過(guò)將金屬鋅保持在固體殼中而阻止了有效的顆粒團(tuán)聚。即使施加高于10Jcm^?2的燒結(jié)脈沖強(qiáng)度，所達(dá)到的電導(dǎo)率仍然有限。鋅的電化學(xué)燒結(jié)是一種室溫方法，利用乙酸或類似物之間的相互作用，將天然氧化層轉(zhuǎn)化為鋅離子。金屬離子在粒子之間重新沉積，從而形成導(dǎo)電路徑。電化學(xué)燒結(jié)通常產(chǎn)生較低的電導(dǎo)率值（在1-3×10⁵Sm^?1左右），這是由于顆粒之間的橋接和層中存在殘留的粘結(jié)劑。最后，當(dāng)用瞬態(tài)金屬制造復(fù)雜的柔性器件時(shí)，一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的挑戰(zhàn)是，它們的反應(yīng)性阻礙了使用多個(gè)后處理步驟，這可能會(huì)損壞金屬跡線。因此，需要開(kāi)發(fā)可靠的添加劑制造生態(tài)或生物可吸收金屬痕跡的工藝，與后處理步驟兼容，產(chǎn)生具有足夠運(yùn)行時(shí)間的穩(wěn)定器件。

  在這項(xiàng)工作中，我們提出了一種可擴(kuò)展和增材制造高導(dǎo)電瞬態(tài)金屬鋅跡線的混合方法。通過(guò)印刷沉積后，鋅微粒通過(guò)乙酸溶液還原天然氧化物殼。該還原劑通過(guò)優(yōu)化的噴涂工藝來(lái)提供，其目的是減輕先前提出的分配方法的缺點(diǎn)。閃光燈退火（也稱為光子燒結(jié)）用于進(jìn)一步燒結(jié)金屬圖案。這種方法可以使印刷瞬態(tài)金屬達(dá)到無(wú)與倫比的電導(dǎo)率，高達(dá)5.62×10⁶Sm^?1，僅比散裝鋅(16.6×10⁶Sm^?1)的電導(dǎo)率低約三倍。作為一個(gè)額外的好處，傳遞到樣品的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以前關(guān)于鋅光子燒結(jié)的研究。這允許增加與較低的熱預(yù)算基底的兼容性。證明了打印跡線的機(jī)械靈活性以及它們?cè)谂c其操作相關(guān)的環(huán)境中的穩(wěn)定性。由于瞬態(tài)金屬跡線的堅(jiān)固性，制造需要進(jìn)一步固化或沉積步驟的多層設(shè)備成為可能。本文報(bào)道了一套印刷的物理傳感器，包括電阻應(yīng)變和溫度傳感器，以及一個(gè)無(wú)線電容力和壓力傳感器。在本工作中提出的過(guò)程有利地利用化學(xué)和物理機(jī)制來(lái)獲得高導(dǎo)電性（與熱固化銅或銀墨水相當(dāng)）的瞬態(tài)金屬痕跡。這些進(jìn)展為添加劑制造的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)組件和生物可吸收電子植入物開(kāi)辟了新的途徑。

引用：

https://www.nature.com/articles/s41528-023-00249-0

本網(wǎng)站所發(fā)表內(nèi)容轉(zhuǎn)載時(shí)會(huì)注明來(lái)源，版權(quán)歸原出處所有（無(wú)法查證版權(quán)的或未注明出處的均來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)搜集）。轉(zhuǎn)載內(nèi)容（視頻、文章、廣告等）只以信息傳播為目的，僅供參考，不代表本網(wǎng)站認(rèn)同其觀點(diǎn)和立場(chǎng)。內(nèi)容的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和合法性由原作者負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除，此轉(zhuǎn)載不作為商業(yè)用途