成果简介
柔性电子器件的快速发展要求简化集成异质材料和结构的工艺。本文，清华大学赵晓光 副教授、北京信息科技大学Rui You、中国农业大学Wenqiang Zhang等研究人员在《Small》期刊发表名为“On Demand Copper Electrochemical Deposition on Laser Induced Graphene for Flexible Electronics”的论文，研究提出激光雕刻与电化学沉积（ECD）相结合，可直接制造各种微/纳米结构元件和柔性电子电路。该研究建立了一个理论框架和仿真模型，用于设计激光诱导石墨烯（LIG）上的按需电化学沉积，从而生成氧化态可控的多尺度铜（Cu）材料。铜-石墨烯复合材料具有较高的表面质量和可靠性，可满足柔性电路的要求。该研究制作并表征了多层电路和复杂的功能器件，包括电化学传感器、薄膜加热器和无线湿度传感器，展示了 LIG-ECD 工艺的多功能性。这种方法可扩展到各种聚合物和金属沉积工艺，为开发高性能柔性电子器件铺平道路。
图文导读
图1、a) Schematic of the LIG-ECD process for forming Cu-LIG composites. The first step is patterning LIG through laser engraving and the second step is ECD on the patterned LIG. By tuning the current density during ECD, we can control the micro/nano-scale structure of the deposited metal. b) Morphological modulation of copper on LIG surfaces. c) Multi-scale and Cu0/Cu state modulation of copper. d) Devices based on Cu-LIG composites.
小结
在这项工作中，介绍了一种通过按需激光诱导图案化和电化学沉积来制造用于柔性电子器件的铜-石墨烯复合材料的方法。我们控制了 LIG 表面铜的电化学生长速率、氧化态和形态。这使我们能够在单一工艺中生产多尺度铜材料。此外，我们还开发了一个有限元分析仿真模型，可对 LIG-ECD 过程进行精确控制。表征结果表明，制造出的铜-LIG 复合材料具有很高的可靠性和表面质量，其连接孔有助于印刷电路板 (PCB) 电路的开发。通过结合金属和石墨材料的优势，Cu-LIG 复合材料被用于制造有源和无源器件，应用于无酶葡萄糖传感、热控制和湿度传感等领域，展示了 LIG-ECD 工艺的广泛潜力。此外，不同 ECD系统的应用有望推动各种金属石墨烯复合柔性器件的制造，并有可能通过卷对卷技术实现大规模生产。金属石墨烯复合器件有望成为柔性电子领域的一个重要焦点。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202408943
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