《npj Flexible Electronics》：用於印刷瞬態傳感器和無線電子的鋅混合燒結（IF=14.676）

背景：

  瞬(shun)態(tai)電(dian)子(zi)為(wei)減(jian)少(shao)電(dian)子(zi)廢(fei)物(wu)和(he)用(yong)於(yu)植(zhi)入(ru)生(sheng)物(wu)電(dian)子(zi)學(xue)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)有(you)前(qian)途(tu)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，但(dan)它(ta)們(men)的(de)製(zhi)造(zao)仍(reng)然(ran)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)。我(wo)們(men)報(bao)告(gao)了(le)一(yi)種(zhong)可(ke)擴(kuo)展(zhan)的(de)方(fang)法(fa)，協(xie)同(tong)結(jie)合(he)化(hua)學(xue)和(he)光(guang)子(zi)機(ji)製(zhi)來(lai)燒(shao)結(jie)印(yin)刷(shua)的(de)鋅(xin)微(wei)粒(li)。在(zai)使(shi)用(yong)酸(suan)性(xing)溶(rong)液(ye)還(hai)原(yuan)氧(yang)化(hua)物(wu)層(ceng)後(hou)，使(shi)用(yong)閃(shan)光(guang)燈(deng)退(tui)火(huo)處(chu)理(li)將(jiang)鋅(xin)顆(ke)粒(li)凝(ning)聚(ju)成(cheng)一(yi)個(ge)連(lian)續(xu)的(de)層(ceng)。所(suo)得(de)到(dao)的(de)燒(shao)結(jie)鋅(xin)圖(tu)樣(yang)的(de)電(dian)導(dao)率(lv)值(zhi)高(gao)達(da)5.62×10⁶Sm⁻¹。印刷鋅痕跡的電導率和耐久性使生物可降解傳感器和LC電路的製造成為可能：溫度、應ying變bian和he無wu芯xin片pian無wu線xian力li傳chuan感gan器qi，以yi及ji用yong於yu遠yuan程cheng供gong電dian的de射she頻pin感gan應ying線xian圈quan。該gai工gong藝yi可ke以yi減jian少shao傳chuan遞di到dao基ji板ban的de光guang子zi能neng量liang，並bing與yu溫wen度du敏min感gan的de聚ju合he物wu和he纖xian維wei素su基ji底di兼jian容rong，為wei生sheng物wu可ke降jiang解jie電dian子zi產chan品pin和he瞬shun態tai植zhi入ru物wu的de增zeng材cai製zhi造zao提ti供gong了le新xin的de途tu徑jing。

文獻介紹：

  shuntaidianzishebei，jizaigeidinghuanjingzhongwanquanjiangjieerbuchanshengyouhaifuchanpindedianzizujianheshebei
，zaijianshaodianzifeiwufangmianxianshichuqianli，bingshixinxingshengwukexishouzhiruwuchengweikeneng
，xiaochulezaishoushudexuyao。renmentichulebutongdecailiao，rukerong金屬、可降解半導體、基底和電介質。這些發展導致了各種設備的演示，包括電池、加熱器、晶體管、能量收集器，以及壓力、應(ying)變(bian)和(he)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)性(xing)生(sheng)物(wu)可(ke)降(jiang)解(jie)組(zu)件(jian)和(he)器(qi)件(jian)大(da)多(duo)依(yi)賴(lai)於(yu)來(lai)自(zi)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)的(de)微(wei)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)
，以(yi)及(ji)使(shi)用(yong)掩(yan)膜(mo)技(ji)術(shu)或(huo)轉(zhuan)移(yi)打(da)印(yin)，以(yi)避(bi)免(mian)將(jiang)功(gong)能(neng)層(ceng)直(zhi)接(jie)繪(hui)製(zhi)在(zai)溫(wen)度(du)和(he)溶(rong)劑(ji)敏(min)感(gan)的(de)可(ke)生(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)基(ji)質(zhi)上(shang)的(de)困(kun)難(nan)。作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)替(ti)代(dai)方(fang)法(fa)

，增(zeng)材(cai)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)在(zai)製(zhi)造(zao)柔(rou)性(xing)瞬(shun)態(tai)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)方(fang)麵(mian)顯(xian)示(shi)出(chu)了(le)前(qian)景(jing)

，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)需(xu)要(yao)大(da)麵(mian)積(ji)、成本效益和低廢物製造的領域。數字增材製造還具有允許在3D曲線曲麵上自由打印和多傳感範式的無縫集成的優勢。這擴展了可定製的、可(ke)變(bian)形(xing)的(de)或(huo)高(gao)度(du)適(shi)形(xing)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)的(de)設(she)計(ji)可(ke)能(neng)性(xing)，這(zhe)可(ke)以(yi)是(shi)自(zi)供(gong)電(dian)或(huo)遠(yuan)程(cheng)供(gong)電(dian)的(de)。這(zhe)些(xie)製(zhi)造(zao)方(fang)法(fa)有(you)潛(qian)力(li)為(wei)功(gong)能(neng)性(xing)可(ke)降(jiang)解(jie)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)製(zhi)造(zao)開(kai)辟(pi)新(xin)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)，但(dan)需(xu)要(yao)聯(lian)合(he)優(you)化(hua)可(ke)打(da)印(yin)的(de)油(you)墨(mo)的(de)配(pei)方(fang)、沉chen積ji工gong藝yi和he後hou處chu理li方fang法fa。在zai將jiang瞬shun態tai金jin屬shu微wei顆ke粒li或huo納na米mi顆ke粒li油you墨mo沉chen積ji後hou，電dian導dao率lv通tong常chang很hen低di或huo不bu存cun在zai
，並bing且qie需xu要yao一yi個ge燒shao結jie步bu驟zhou，即ji將jiang材cai料liao致zhi密mi化hua而er不bu熔rong化hua到dao液ye化hua點dian。由you於yu這zhe些xie材cai料liao的de反fan應ying性xing，以yi及ji它ta們men容rong易yi在zai空kong氣qi中zhong自zi然ran形xing成cheng氧yang化hua層ceng
，這zhe一yi點dian尤you其qi具ju有you挑tiao戰zhan性xing。目(mu)前(qian)提(ti)出(chu)的(de)方(fang)法(fa)很(hen)少(shao)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)燒(shao)結(jie)印(yin)刷(shua)可(ke)降(jiang)解(jie)的(de)可(ke)生(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)導(dao)電(dian)層(ceng)。這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)側(ce)重(zhong)於(yu)鋅(xin)，因(yin)為(wei)它(ta)的(de)熔(rong)點(dian)很(hen)低(di)
，而(er)且(qie)它(ta)的(de)微(wei)顆(ke)粒(li)和(he)納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)形(xing)式(shi)的(de)價(jia)格(ge)適(shi)中(zhong)。目(mu)前(qian)應(ying)用(yong)於(yu)燒(shao)結(jie)鋅(xin)顆(ke)粒(li)的(de)方(fang)法(fa)可(ke)分(fen)為(wei)光(guang)子(zi)和(he)電(dian)化(hua)學(xue)兩(liang)類(lei)。光(guang)子(zi)方(fang)法(fa)是(shi)基(ji)於(yu)使(shi)用(yong)高(gao)功(gong)率(lv)激(ji)光(guang)器(qi)或(huo)燈(deng)來(lai)選(xuan)擇(ze)性(xing)地(di)加(jia)熱(re)金(jin)屬(shu)層(ceng)，同(tong)時(shi)最(zui)小(xiao)化(hua)與(yu)襯(chen)底(di)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)。它(ta)們(men)通(tong)常(chang)受(shou)到(dao)鋅(xin)顆(ke)粒(li)的(de)高(gao)熔(rong)點(dian)（Tm=1950°C）天然氧化層的限製，該氧化層通過將金屬鋅保持在固體殼中而阻止了有效的顆粒團聚。即使施加高於10Jcm⁻²的de燒shao結jie脈mai衝chong強qiang度du
，所suo達da到dao的de電dian導dao率lv仍reng然ran有you限xian。鋅xin的de電dian化hua學xue燒shao結jie是shi一yi種zhong室shi溫wen方fang法fa，利li用yong乙yi酸suan或huo類lei似si物wu之zhi間jian的de相xiang互hu作zuo用yong，將jiang天tian然ran氧yang化hua層ceng轉zhuan化hua為wei鋅xin離li子zi。金jin屬shu離li子zi在zai粒li子zi之zhi間jian重zhong新xin沉chen積ji，從cong而er形xing成cheng導dao電dian路lu徑jing。電dian化hua學xue燒shao結jie通tong常chang產chan生sheng較jiao低di的de電dian導dao率lv值zhi（在1-3×10⁵Sm⁻¹左右），zheshiyouyukelizhijiandeqiaojiehecengzhongcunzaicanliudezhanjieji。zuihou
，dangyongshuntaijinshuzhizaofuzaderouxingqijianshi，yigefanfuchuxiandetiaozhanshi
，tamendefanyingxingzuaileshiyongduogehouchulibuzhou，zhekenenghuisunhuaijinshujixian。yinci，xuyaokaifakekaodetianjiajizhizaoshengtaihuoshengwukexishoujinshuhenjidegongyi，yuhouchulibuzhoujianrong，chanshengjuyouzugouyunxingshijiandewendingqijian。

  zaizhexianggongzuozhong，womentichuleyizhongkekuozhanhezengcaizhizaogaodaodianshuntaijinshuxinjixiandehunhefangfa。tongguoyinshuachenjihou
，xinweilitongguoyisuanrongyehaiyuantianranyanghuawuke。gaihaiyuanjitongguoyouhuadepentugongyilaitigong，qimudeshijianqingxianqiantichudefenpeifangfadequedian。shanguangdengtuihuo（也稱為光子燒結）用於進一步燒結金屬圖案。這種方法可以使印刷瞬態金屬達到無與倫比的電導率，高達5.62×10⁶Sm⁻¹
，僅比散裝鋅(16.6×10⁶Sm⁻¹)的de電dian導dao率lv低di約yue三san倍bei。作zuo為wei一yi個ge額e外wai的de好hao處chu，傳chuan遞di到dao樣yang品pin的de能neng量liang遠yuan遠yuan低di於yu以yi前qian關guan於yu鋅xin光guang子zi燒shao結jie的de研yan究jiu。這zhe允yun許xu增zeng加jia與yu較jiao低di的de熱re預yu算suan基ji底di的de兼jian容rong性xing。證zheng明ming了le打da印yin跡ji線xian的de機ji械xie靈ling活huo性xing以yi及ji它ta們men在zai與yu其qi操cao作zuo相xiang關guan的de環huan境jing中zhong的de穩wen定ding性xing。由you於yu瞬shun態tai金jin屬shu跡ji線xian的de堅jian固gu性xing，製zhi造zao需xu要yao進jin一yi步bu固gu化hua或huo沉chen積ji步bu驟zhou的de多duo層ceng設she備bei成cheng為wei可ke能neng。本ben文wen報bao道dao了le一yi套tao印yin刷shua的de物wu理li傳chuan感gan器qi，包bao括kuo電dian阻zu應ying變bian和he溫wen度du傳chuan感gan器qi，以yi及ji一yi個ge無wu線xian電dian容rong力li和he壓ya力li傳chuan感gan器qi。在zai本ben工gong作zuo中zhong提ti出chu的de過guo程cheng有you利li地di利li用yong化hua學xue和he物wu理li機ji製zhi來lai獲huo得de高gao導dao電dian性xing（與熱固化銅或銀墨水相當）的瞬態金屬痕跡。這些進展為添加劑製造的環保物聯網組件和生物可吸收電子植入物開辟了新的途徑。

引用：

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

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