近日，來(lái)自俄羅斯圣光機(jī)大學(xué)(ITMO University)和圣彼得堡州立大學(xué)化學(xué)研究所的研究人員宣布，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的激光誘導(dǎo)銅沉積方法，該方法可以在玻璃表面高效地印刷刻制銅質(zhì)微紋樣涂層，不僅速度更快而且更經(jīng)濟(jì)。
這種過(guò)程使用了一種商業(yè)上可用的納秒光纖激光器，最大平均功率為20W。據(jù)悉，該方法使用了深層共晶溶劑(deep eutectic solvent)，并結(jié)合了現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使打印過(guò)程更便宜，比傳統(tǒng)方法速度快了100倍。在印制成功后，這些微紋樣圖案可以用于各種設(shè)備，如化學(xué)傳感器、柔性電子產(chǎn)品和防盜系統(tǒng)。
電子主板和印刷電路板上覆蓋著若干導(dǎo)電的微圖案，這些微圖案相互連接，并與主板的其他元件相連。圖案本身可以通過(guò)光刻等方法產(chǎn)生。光刻是一種深度印刷技術(shù)，將圖案從一個(gè)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)移到另一個(gè)線(xiàn)圈，然后電沉積。
不過(guò)，光刻過(guò)程通常比較耗時(shí)的，通常一塊芯片上的圖案就需要大約40個(gè)小時(shí)來(lái)打造。此外，其他方法在材料上覆蓋銅層時(shí)，又往往需要昂貴的設(shè)備和大量的溶劑。總體來(lái)看，這些方法在小批量生產(chǎn)中都很不經(jīng)濟(jì)可行。
通常，直接激光書(shū)寫(xiě)和化學(xué)沉積會(huì)是更有效的方法。這些方法可以更快、更環(huán)保，以及更靈活地產(chǎn)生微觀圖案。然而，它們?nèi)匀恍枰褂冒嘿F的飛秒激光和有毒溶劑，而且其穩(wěn)定性還會(huì)受到外部條件的破壞。
據(jù)介紹，微圖案的編寫(xiě)通常會(huì)分幾個(gè)階段來(lái)完成。首先，研究人員清除玻璃表面的污垢、灰塵和指紋，因?yàn)槿魏瘟粼诒砻嫔系臍埩粑锒紩?huì)影響接下來(lái)的化學(xué)過(guò)程，以及激光和表面的相互作用。然后，采用激光誘導(dǎo)微等離子體技術(shù)制備表面。這個(gè)階段需要把玻璃放在鈦板上，然后用激光輻射產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行處理。因此，鈦的燃燒產(chǎn)物和氧化物會(huì)以小顆粒的形式產(chǎn)生一種深色的銅綠，形成額外的結(jié)晶中心。這個(gè)過(guò)程改變了玻璃表面，增加了它的附著力。
接著，再把酒石酸、醋酸銅和氯化膽堿制成的深度共晶溶劑放在玻璃上。這種溶劑的組成比現(xiàn)有的方法更便宜、更環(huán)保，而且它還能在較高的溫度下快速分解高濃度的金屬鹽。這對(duì)于更有效地在玻璃上用銅合成電線(xiàn)是必要的。同時(shí)，與有機(jī)溶劑和水基溶劑相比，深層共晶溶劑可以?xún)?chǔ)存更長(zhǎng)時(shí)間，并且用量上更為節(jié)省。
再接著，需要在溶劑潤(rùn)滑的表面上再加一層玻璃以去除氣泡，使溶劑更均勻地?cái)U(kuò)散，并保持在加工區(qū)域內(nèi)。當(dāng)受到高溫和激光輻射時(shí)，溶劑會(huì)變稠并引發(fā)諾亞效應(yīng)(Noah Effect)，使液體從玻璃中心擴(kuò)散到邊緣，這種設(shè)計(jì)效果被研究人員戲稱(chēng)為“三明治”。
最后，夾層再次受到激光輻射，在下面的玻璃上形成之前使用圖形軟件設(shè)計(jì)的微圖案。根據(jù)研究人員目前的觀察，它們可以形成任何形狀。例如，圓形和線(xiàn)條可以用于SPE(絲網(wǎng)印刷電極)，或具有多種角度的復(fù)雜形狀用于多功能傳感器。
這種新方法可以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，比如化學(xué)傳感器的開(kāi)發(fā)。這些裝置可以對(duì)化學(xué)環(huán)境中成分的含量和體積的變化作出反應(yīng)。
這種方法還可以用于制造RFID標(biāo)記，常見(jiàn)于防盜等應(yīng)用場(chǎng)景。由于這種新方法能夠創(chuàng)建非常復(fù)雜的輪廓，最終就能溯源并判斷出某個(gè)商品具體來(lái)自哪個(gè)品牌商店。
然而，根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這些并不是唯一的應(yīng)用：“通常，有磨損圖案的電子電路板會(huì)被處理掉。然而，我們的方法能夠翻新它?！盜TMO國(guó)際激光微米和納米技術(shù)L的研究員葉卡捷琳娜·阿維洛娃(Ekaterina Avilova)表示。“我們也希望上述方法能夠成功應(yīng)用在柔性電子產(chǎn)品方面，因?yàn)槲覀兊募夹g(shù)可以用于設(shè)計(jì)柔性屏幕或生理傳感器。”
此文來(lái)自于：科維網(wǎng)激光