[发明专利]一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印方法

说明书

本发明公开了一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印方法，其特征在于，包括：带有同轴喷头的三维打印装置根据设定的柔性电路的三维模型数据进行打印，在打印过程中控制同轴喷头内喷头中的液态金属在外喷头中的高分子材料的包裹下稳定连续流出，形成初始的三维模型，经过固化处理和封装后得到所述的柔性电路。本发明操作简单，易于操作，成本低，能够同时完成柔性电路打印时构造中空管路和灌注液态金属两个过程，实现外部柔性衬底(高分子)和内部导电材料(液态金属)的共打印，提高生产效率，有效降低次品率。

技术领域

本发明涉及柔性电路制作领域，尤其是涉及一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印方法。

背景技术

随着电子信息产业的迅速发展，多种多样的电子器件活跃在我们的生活中，但是，这些电子器件大多是刚性的，这极大地限制了它们的应用范围。随着人们需求的不断增加，实际的需要对电路承受拉伸、压缩、弯曲、扭转等大变形的能力提出了更高的要求，由此，产生了柔性电子的概念。

柔性电子定义为将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延展塑料或薄金属基板上的新兴电子技术。与传统的刚性电子相比，柔性电子具有可弯曲、拉伸、折叠的特性，并且轻便、易于携带。由柔性电子技术制成的柔性传感器、柔性天线、柔性电池等在信息、能源、医疗、国防等领域有着广泛的应用。

柔性电子制造的一个技术关键是导电材料的选择。目前柔性电路使用的导体材料主要包括导电高分子材料、碳基小分子导电材料(石墨烯等)、固体金属和液态金属。其中导电高分子材料以及碳基小分子导电材料的电导率极低，限制了其应用范围。固体金属的电导率很高，但是柔性较差，无法满足柔性器件变形大、次数多的需求。液态金属材料具有极高的电导率，常温下为液态，具有较好的流动性，在大变形下能够保证其与衬底材料的柔性相匹配，不会发生断裂，保证了其工作的可靠性。因此，目前液态金属是制造柔性电路最佳的导体材料之一。

应用液态金属制造柔性电子，主要有三种方法：直接书写法、模板印刷法和微流道注入法。直写打印法是直接利用喷头将液态金属墨水打印在柔性衬底材料上，这种方法直接便捷，但是液态金属极高的表面张力以及液态金属与衬底材料不良的湿润性限制了它的可打印性能，其表面氧化物易堵塞喷头，打印稳定性差，打印后成品次品率高。而且打印未密封，不能实现多层、三维电路的打印。模板印刷是利用金属、纸张等模版有选择的将液态金属印刷在基底材料上，同一模版反复使用适合大批量制造，但是毎个电路都需要相应的模版，电路频繁变化时造成模板浪费。而微流道注入法为首先利用光刻等微制造方法制作出一定形态的微流道，然后将液态金属填充到微流道中，在微流道中的液态金属能够保持很好的流动性，材料弯曲和拉伸均不改变其特性。但是，该方法制造过程麻烦，往往需要制造微流道和注入液态金属两个过程，操作复杂，难以大批量生产。

申请号为CN201510857645.1的中国发明专利文献公布了一种基于 3D打印工艺的液态金属立体电路及其制造方法，其基本步骤包括：(1) 建立与待制造立体电路的三维结构相对应的三维模型，并根据所述立体电路的线路走向在所述三维模型内部建立中空流道；(2)通过3D打印工艺，将所述步骤(1)得到的三维模型打印成三维实体；(3)在所述三维实体的中空流道内注满液态金属；(4)将电子元器件管脚插入所述步骤(3) 得到的三维实体的对应位置；(5)对所述电子元器件管脚插口、所述液态金属的灌注口和/或排气口进行封装。该种制造方式是典型的微流道注入法，需要制造微流道和注入液态金属两个步骤，步骤复杂、工艺繁琐，生产效率低，且对灌注过程的操作要求高，极易因为灌注过程中的细小失误致使液态金属灌注不充分，进一步导致电路的断路失效，不利于工业化大规模生产。

发明内容

鉴于目前微流道注入法制作液态金属柔性电路过程中操作复杂、成品率低的技术瓶颈，本发明提供了一种高分子液态金属共打印的柔性电子三维打印方法。