柔性電子跨尺度噴印製造中動力學行為與多場調控

《柔性電子跨尺度噴印製造中動力學行為與多場調控》是依託華中科技大學，由尹周平擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：柔性電子跨尺度噴印製造中動力學行為與多場調控
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：尹周平
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

柔性電子以其獨特的柔性/延展性以及製造高效、成本低等特點，在信息、能源、國防等領域具有廣泛套用前景。本項目針對RFID、柔性顯示器等柔性電子器件大批量、大面積、高效製造要求，從材料特性、工藝機理、裝備原理等方面圍繞柔性電子器件跨尺度製造中動力學行為與多場調控科學問題開展多學科交叉研究。揭示聚合物納米尺度上複合與改性機理、外場作用下有機墨液噴射動力學行為以及微納結構沉積成形性能演變規律，建立基於靜電紡絲噴印/直寫的微納結構連續可控圖案化製造新原理；突破噴頭陣列最佳化設計與製造、噴射工藝參數匹配與控制、高速工況下噴印頭精確定位等柔性電子批量化製造關鍵技術，建立集微納結構高精度噴印/直寫、噴墨頭精密定位與運動控制、柔性基板卷到卷高效傳輸等功能於一體的柔性電子器件卷到卷噴墨列印實驗平台，為柔性電子規模化製造提供理論基礎和技術源泉，提升我國微納製造基礎研究水平。

結題摘要

圍繞柔性電子跨尺度噴印的動力學行為與多場調控科學問題，在工藝機理、關鍵技術和原理樣機等方面取得進展: 1. 高分子墨液納米尺度上複合與改性及其對噴印性能影響機理： PEO提高了絕緣層材料PVPh/異丙醇的溫度特性和電紡絲性能，Ag納米粒子的摻雜提高了 PEDOT:PSS溶液導電性；利用2,5-二溴-3-己基噻吩合成了聚-3-已基噻吩半導體；通過改變二甲基乙醯胺/丙酮比例製備乙基纖維素纖維膜。 2. 外場作用下納米複合墨液噴射過程中動力學行為與調控機制：建立力控電紡絲直寫工藝的動力學模型，揭示了射流飛行行為和纖維圖案形貌之間的映射關係；提出力控電紡絲直寫新工藝，通過引入機械拉力實現200nm纖維定位和形貌控制、波紋結構及小溝道的快速製備。 3. 柔性基材上微納結構沉積成形機理：發現了直寫過程的蛙跳行為和液線斷裂長度效應，實現有序珠鏈結構、多級微陣列可控自組裝；發展了呼吸圖法製備蜂窩狀多孔薄膜的理論與方法；建立了薄膜-基板結構的建模與求解體系，為柔性混合電子集成提供依據。 4. 高速射流運動協同控制與卷到卷高效製造原理：提出基於鞭動效應與轉印技術製造可拉伸的薄膜圖案新工藝，利用力電紡絲工藝在預應變彈性PDMS基板實現波紋結構高效製造，揭示了R2R製造過程中材料屬性和工藝參數的影響。 5. 獨立可控微細噴頭陣列的設計與製造：基於光刻等工藝製造了矽基陣列化噴頭和兩種同軸噴嘴，實現EHD噴印和多種材料同軸直寫；提出了多級電壓控制方法，實現多噴嘴電流體噴印系統獨立可控噴射。 6. 柔性電子器件高精度噴印/直寫裝置研製與工藝試驗：研發了多功能電流體動力噴印平台，集成了陣列噴嘴、R2R、微環境控制、視覺反饋等，製備了柔性場效應電晶體、壓電感測器及氣體感測器。 在Chem. Soc. Rev.、Nanoscale、Angewandte Chemie等期刊發表論文70餘篇，其中SCI論文42篇（IF＞5論文12篇，IF＞10論文3篇，封面論文3篇）；出版1部著作《柔性電子製造—材料、器件與工藝》；申請國家發明專利60項，其中授權17項；培養研究生22名，其中博士生6名；受邀/會議報告30餘次；獲得國家技術發明二等獎1項、湖北省技術發明一等獎1項、瑞士日內瓦國際發明展金獎1項；獲得何梁何利獎科技創新獎1項、科技部中青年科技創新領軍人才1人、國家優秀青年基金2項、教育部新世紀優秀人才3人。