[发明专利]利用静电纺丝工艺制备延性电路互联结构的方法及产品

说明书

技术领域

本发明属于延性电路制造领域，更具体地，涉及一种利用静电纺丝工艺制备延性电路互联结构的方法及产品。

背景技术

延性电路（strechable circuit）作为一种新兴电子技术，又称为可伸缩电路、柔性电路等，其不同于传统的硅基板电路，由于具备独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造等特点，因而在多个领域均具有广泛应用前景，可实现与服饰、皮肤的结合使其多功能化，能够覆盖在复杂形状表面和运动部件表面，具体运用譬如包括人造电子皮肤、仪表化人造膀胱、大面积传感器和驱动器等。考虑到延性电路经常需要响应构造的改变并在其变形极限范围内延伸，以充分适应它们的周围环境，因此需要对延性电路设置有可适当拉伸和弯曲的互联结构，以保证经过多次拉伸和松弛后仍保证完好。

为了制备延性电路的互联结构，现有技术中已经提出了各种解决方案。例如，Khang.D.Y等提出了一种制备方法（参见“A stretchable form of single-crystal silicon for high-performance electronics on rubber substrates”，Science311(5758):208-212），其中首先采用传统光刻手段在硅基板上生成厚度在纳米至亚微米级别的单晶硅带，之后把单晶硅带转移到有一定拉伸预应变的弹性橡胶基材上，最后去除弹性橡胶基材的预应变，使其恢复到自然状态，则硅带受挤压会在垂直于基材方向发生屈曲变形，产生规则的、周期性可拉伸的波纹状结构。然而，这种直线纤维通过屈曲方式制备波纹互联结构的方法存在诸多不足：如光刻过程繁琐、波纹结构无法准确定位、可能呈现平面外屈曲等。

为了简化制备工艺，提高制备效率同时利于封装，CN102162176A中提出了一种利用静电纺丝来制备微纳波纹结构的方法，其中通过将静电纺丝高分子溶液经由喷头喷射出来，并经过电场作用落在柔性基板上以形成波纹结构。然而进一步的研究表明，该方法仍然存在以下的缺陷或不足：首先，所制得的波纹结构仅具备一级波纹，尤其作为互联结构运用于延性电路时，可延展性方面有所不足，当发生较大弹性变化时还是会发生断裂；其次，该方法所制得的波纹结构仅在波纹分布方向有较好的延展性，在其他方向尤其是与波纹分布方向垂直的方向上的延展性很差。因此，在相关领域中有必要对此互联结构件的制备工艺及其关键工艺参数作出进一步的改进，以获得更为符合各类应用场合的延性电路产品。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种利用静电纺丝工艺制备延性电路互联结构的方法及产品，其中通过对互联结构形成机理的进一步研究，相应调整制备工艺，可生成具备高延展性、高精度级的两级波纹结构，并尤其适用于延性电路互联结构大面积的可靠制造。

按照本发明的一个方面，提供了一种利用静电纺丝工艺制备延性电路互联结构的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）通过静电纺丝装置向位于其喷头下方且沿着水平方向来回直线移动的硅片基板上喷射静电纺丝溶液，由此在硅片基板上形成呈波形延伸且具备微纳米直径的图案；

（b）选取弹性衬底并执行清洁处理，然后对弹性衬底做拉伸处理；

（c）将通过步骤（b）处理后处于拉伸状态的弹性衬底紧贴在形成有所述图案的硅片基板上，挤出两者接触面之间的空气后予以分离，使得硅片基板上的图案转印至弹性衬底表面；

（d）恢复弹性衬底的自然状态，由此制得所需的延性电路互联结构。

作为进一步优选地，在步骤（a）中，所述静电纺丝装置的工作电压被设定1.5KV～3KV，且其喷头与硅片基板之间沿着高度方向的间距为10mm～30mm。

作为进一步优选地，在步骤（a）中，所述硅片基板的运动速度被设定为100mm/s～400mm/s。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，所述弹性衬底优选为正方形，它的四个角分别被向外拉伸相等的距离。

作为进一步优选地，所述弹性衬底各个边的被拉伸量△L₁与弹性衬底自身对角线长度变化量△L₂之间满足下列表达式：

作为进一步优选地，在步骤（c）中，选取弹性衬底的中央区域来转印硅片基板的静电纺丝图案，并使得波形延伸的图案沿着弹性衬底的对角线而分布。

作为进一步优选地，在步骤（c）中，还可以在弹性衬底上设置粘性的网格，并使得衬底表面上除粘结点之外的其他区域不具备粘性，然后将弹性衬底贴在在硅片基板上执行转移过程。