《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：

  瞬shun態tai電dian子zi設she備bei
，即ji在zai給gei定ding環huan境jing中zhong完wan全quan降jiang解jie而er不bu產chan生sheng有you害hai副fu產chan品pin的de電dian子zi組zu件jian和he設she備bei，在zai減jian少shao電dian子zi廢fei物wu方fang麵mian顯xian示shi出chu潛qian力li，並bing使shi新xin型xing生sheng物wu可ke吸xi收shou植zhi入ru物wu成cheng為wei可ke能neng，消xiao除chu了le再zai手shou術shu的de需xu要yao。人ren們men提ti出chu了le不bu同tong的de材cai料liao，如ru可ke溶rong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。

  在zai這zhe項xiang工gong作zuo中zhong
，我wo們men提ti出chu了le一yi種zhong可ke擴kuo展zhan和he增zeng材cai製zhi造zao高gao導dao電dian瞬shun態tai金jin屬shu鋅xin跡ji線xian的de混hun合he方fang法fa。通tong過guo印yin刷shua沉chen積ji後hou，鋅xin微wei粒li通tong過guo乙yi酸suan溶rong液ye還hai原yuan天tian然ran氧yang化hua物wu殼ke。該gai還hai原yuan劑ji通tong過guo優you化hua的de噴pen塗tu工gong藝yi來lai提ti供gong

，其qi目mu的de是shi減jian輕qing先xian前qian提ti出chu的de分fen配pei方fang法fa的de缺que點dian。閃shan光guang燈deng退tui火huo（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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