近日，清華大學航天航空學院、柔性電子技術研究中心馮雪教授課題組報道了一種利用液滴表麵張力來實現柔性器件高精度、高成品率轉印的方法，該方法可以實現薄膜器件複雜異形曲麵的轉印集成。研究人員通過毛細管對液滴形態的控製，調控固-液界麵的粘附力，從而實現柔性器件的轉印。這種方法不僅可以實現超薄柔性器件的轉印，還提供了一種基於平麵工藝實現複雜異形曲麵製備的新方法，為曲麵柔性電子器件的製造提供了新的途徑，擴展了轉印技術在柔性電子技術研究中的應用。

圖1.液滴轉印流程示意圖

柔性電子器件是通過將功能薄膜集成到高分子聚合物柔性襯底上來實現柔性和延展性的。由於柔性襯底無法為功能薄膜提供生長和製備的環境，柔性電子器件的製備工藝必須增加一個重要的環節—轉印，即將功能薄膜從其生長的無機半導體襯底上剝離、再印製到柔性承印襯底上。目前，學界已提出多種轉印技術，對於接觸式轉印方法，印章與器件表麵緊密貼合，在拾取和印製過程中，過大的接觸應力會導致器件損壞，尤其發生在超薄和多層器件中；對於基於熱控製的轉印方法，工藝過程中柔性襯底容易發生熱膨脹，進而導致器件失效，無法進行精密結構的製備；對於以犧牲層為代表的非接觸方法，器件的製造需經曆多次加熱，殘餘應力容易影響器件定位精度，難以實現精確的印製。

針對當前轉印技術中存在的問題，研究人員結合接觸式和非接觸式轉印的特點，提出了一種基於表麵張力的液滴轉印方法，利用液體的流變特性，通過毛細管對液滴形態的控製，調控固-液界麵的粘附力，從而實現柔性器件的轉印，該方法減少了超薄柔性器件的轉印過程中印章對器件的損傷，同時也為曲麵電子器件的製造提供了新的思路。

圖2.(a)傳統印章和液滴印章針對超薄LED芯片轉印集成的結果對比；(b)錐螺旋微天線與異形曲麵的轉印集成

當液體印章與待轉印器件/單元結合時，液滴對器件進行包裹，進而實現保護器件的作用。相比於傳統彈性印章轉印方法，液體的流變特性充分發揮作用，使得薄膜器件更容易轉印到多種複雜的空間曲麵上。通過對固-液界麵粘附力的理論分析，提出了基於液滴印章的轉印技術，實現了柔性薄膜的高度精確可控轉印，並通過實驗證實了理論模型的正確性與該轉印方法的可行性。研究人員通過液體印章轉印方法，成功實現了30微米超薄LED芯片的轉印集成（圖2a為傳統印章和液滴印章轉印對超薄LED芯片轉印結果的對比）與錐螺旋微天線與異形曲麵的轉印集成（圖2b）。此方法利用了表麵張力和毛細作用，可以實現轉印期間印章-薄膜作用力的精確調控，進而能夠高效、高質量地完成超薄器件的轉印；利用二維製備工藝和轉印技術，實現了立體空間微結構和異形界麵的集成，為曲麵電子器件的設計與製備提供了一種新的方案。

清華大學航天航空學院博士生劉鑫為文章第一作者，馬寅佶助理研究員、馮雪教授是論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金項目的資助。

論文信息：

Liquid Droplet Stamp Transfer Printing

Xin Liu,Yu Cao,Kunwei Zheng,Yingchao Zhang,Zhouheng Wang,Yihao Chen,Ying Chen,Yinji Ma*,Xue Feng*

（來源：清華大學版權屬原作者謹致謝意）