液态金属基柔性电子器件3D同轴打印研究
发布时间：2020-11-14 16:48
柔性电子是指将传统电子的基层或导电材料进行柔性化设计后的电路或电子器件,因其良好的可延展性、适应性和便携性等诸多优点,近年来发展迅猛,已经成为研究热点。镓铟合金,室温下呈现液态,无毒,具有优异的流动性能和导电性能,是柔性电子中应用最为广泛的一类导电功能材料。但是镓铟合金表面张力大,易聚集成球,使得其打印性能较差。本论文提出一种3D同轴打印制造柔性电子器件的新方法,柔性基材通过同轴打印喷头将液态金属包裹打印形成柔性导线,并利用3D打印机将柔性导线打印制造柔性器件,从而克服镓铟合金直接打印过程集聚的问题。本论文的主要研究内容如下:1)搭建了基于3D同轴打印方法的柔性电子制造平台。根据工艺需求设计了运动模块、挤出模块、同轴打印喷头和工作台,并对开源固件进行修改以适应打印需求。2)完成液态金属的打印工艺性能研究。分别研究了柔性基材料与液态金属的浸润性,柔性基材的表面微观形态以及材料挤出速度对打印效果的影响,并根据实验结果给出相应的材料选择标准和打印参数区间。3)首次制造了 一款柔性电感传感器。分析了该传感器的优势并介绍其打印方法。推导了该传感器在不同物理变化过程中的传感机理公式,搭建了综合静态性能评价系统并开发了基于LabView的综合数据采集分析软件对传感器静态性能进行系统评价。4)演示了柔性传感器在位姿检测中的应用,并探索了 3D同轴打印制造方法在其它方面的应用,展示了本方法在生物医疗、可穿戴设备等领域的应用潜力。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34;TP391.73
【部分图文】：
硕士学位论文?第１“绿色”柔性电子纸［１４］等产品，薄膜传感器［１５’１６］、电容传感器［ｎ＿２１］动作检测传感器［２２－２８］、柔性电路［２９－３２］以及各式其它产品［３３－３５］在实验ＷｕＪ，和Ｙｕａｎ?Ｃ团队在２０１６年还尝试利用柔性电子自身基层材料新型记忆合金［３６］，这些产品正在信息、能源、航空及医疗等领域发挥的作用［３７＿３９］。??
?＿?０?Ｓ?ｍｍ?？？—?５００?ｉｉ？ｎ??图１．２结构性柔性电子（Ａ）示意图（Ｂ）产品??第三种，硬薄膜屈曲结构［８］。将硅等材料制作成薄膜状附着在弹性底层材料??上，通过转印技术使薄膜片产生周期性的波浪变形产生一定的柔性，其示意图如??图１．３所示［４８＼美国伊利诺伊大学的ＪＡ．Ｒｏｇｅｒｓ和西北大学的Ｙ．ｈｕａｎｇ教授的研??究团队［４９＿５〇］曾提出一种基于此类方法的转印技术来实现柔性电子的集成，实验最??终将电路广泛集成于曲面上，从而证明了此方法的有效性。此类方法在效率、实??用性及可操作性上均有较大的现实意义，至今仍有较为广泛的应用前景。??鼉＿議??ｊｊｆｆｊｇ——Ｔ：－?．?７Ｖ°Ｌｍ?ｎ：：??图１．３硬薄膜屈曲结构（Ａ）可拉伸纳米带（Ｂ）可拉伸纳米薄膜（Ｃ）非共面网格状的薄Ｓｉ片??第四种，基于３Ｄ打印的柔性电子。基于３Ｄ打印技术的柔性电子制造技术是??近几年发展迅猛的一类柔性电子制造方法。其一般采用弹性材料作为基层，将液??态导电功能材料通过各种方法附着或者填埋于柔性基材中形成柔性电子。部分柔??性电子需要经过封装处理
硬薄膜屈曲结构［８］。将硅等材料制作成薄膜状附着在弹性底层材料??上，通过转印技术使薄膜片产生周期性的波浪变形产生一定的柔性，其示意图如??图１．３所示［４８＼美国伊利诺伊大学的ＪＡ．Ｒｏｇｅｒｓ和西北大学的Ｙ．ｈｕａｎｇ教授的研??究团队［４９＿５〇］曾提出一种基于此类方法的转印技术来实现柔性电子的集成，实验最??终将电路广泛集成于曲面上，从而证明了此方法的有效性。此类方法在效率、实??用性及可操作性上均有较大的现实意义，至今仍有较为广泛的应用前景。??鼉＿議??ｊｊｆｆｊｇ——Ｔ：－?．?７Ｖ°Ｌｍ?ｎ：：??图１．３硬薄膜屈曲结构（Ａ）可拉伸纳米带（Ｂ）可拉伸纳米薄膜（Ｃ）非共面网格状的薄Ｓｉ片??第四种，基于３Ｄ打印的柔性电子。基于３Ｄ打印技术的柔性电子制造技术是??近几年发展迅猛的一类柔性电子制造方法。其一般采用弹性材料作为基层，将液??态导电功能材料通过各种方法附着或者填埋于柔性基材中形成柔性电子。部分柔??性电子需要经过封装处理，最终形成基层材料与导电材料均具延展性的电子元器??件或者电子电路。??随着全球范围对３Ｄ打印技术的深入研究，基于３Ｄ打印的柔性电子制造方法??已经成为了该领域最为重要的一个研究方向
【参考文献】
本文编号：2883704
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34;TP391.73
【部分图文】：
硕士学位论文?第１“绿色”柔性电子纸［１４］等产品，薄膜传感器［１５’１６］、电容传感器［ｎ＿２１］动作检测传感器［２２－２８］、柔性电路［２９－３２］以及各式其它产品［３３－３５］在实验ＷｕＪ，和Ｙｕａｎ?Ｃ团队在２０１６年还尝试利用柔性电子自身基层材料新型记忆合金［３６］，这些产品正在信息、能源、航空及医疗等领域发挥的作用［３７＿３９］。??
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硬薄膜屈曲结构［８］。将硅等材料制作成薄膜状附着在弹性底层材料??上，通过转印技术使薄膜片产生周期性的波浪变形产生一定的柔性，其示意图如??图１．３所示［４８＼美国伊利诺伊大学的ＪＡ．Ｒｏｇｅｒｓ和西北大学的Ｙ．ｈｕａｎｇ教授的研??究团队［４９＿５〇］曾提出一种基于此类方法的转印技术来实现柔性电子的集成，实验最??终将电路广泛集成于曲面上，从而证明了此方法的有效性。此类方法在效率、实??用性及可操作性上均有较大的现实意义，至今仍有较为广泛的应用前景。??鼉＿議??ｊｊｆｆｊｇ——Ｔ：－?．?７Ｖ°Ｌｍ?ｎ：：??图１．３硬薄膜屈曲结构（Ａ）可拉伸纳米带（Ｂ）可拉伸纳米薄膜（Ｃ）非共面网格状的薄Ｓｉ片??第四种，基于３Ｄ打印的柔性电子。基于３Ｄ打印技术的柔性电子制造技术是??近几年发展迅猛的一类柔性电子制造方法。其一般采用弹性材料作为基层，将液??态导电功能材料通过各种方法附着或者填埋于柔性基材中形成柔性电子。部分柔??性电子需要经过封装处理，最终形成基层材料与导电材料均具延展性的电子元器??件或者电子电路。??随着全球范围对３Ｄ打印技术的深入研究，基于３Ｄ打印的柔性电子制造方法??已经成为了该领域最为重要的一个研究方向
【参考文献】
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本文编号：2883704
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