一种柔性电子可延展性互连曲线的电流体动力学直写方法与流程

本发明涉及电流体动力学直写技术领域，具体涉及一种柔性电子可延展性互连曲线的电流体动力学直写方法。

背景技术：

柔性电子是将有机/无机薄膜电子器件制作在柔性基板上的一种新兴电子技术，柔性电子克服了传统电子脆硬的缺点，具有可弯曲性和可延展性，在保持其优异电学性能的基础上，以可延展性和可弯曲性极大拓展了电子器件的应用范围，因此具有广泛的应用前景。

柔性电子从制备的材料分类，主要有两种类型：一是有机材料的柔性电子器件，二是无机材料的柔性电子器件，尽管有机电子迅速发展，但其电学性能明显劣于当前成熟的无机半导体电子技术，柔性无机电子器利用传统硅材料制成功能器件，采用柔性材料作为基底来实现器件的弯曲与延展，将器件的功能部分集成在平直构型的凸台上,通过可延展柔性互连结构进行连接，当施加外载荷时,可延展柔性结构承受了几乎所有的变形,而凸台上的功能组件基本不发生变形。目前对于柔性电子互连结构制备而言，先将所柔性电子互连结构制造出来，然后将可延展柔性互连结构粘接在弹性基板上，通过胶黏层与弹性基板固定。这种方法存在的问题是：一是制造工艺复杂，增加制造成本；二是可延展柔性互连结构与胶黏层和基底的不相容性会影响互连结构的拉伸性能，并且在拉伸过程中，互连结构的拉伸能力因受到胶黏层束缚而得不到充分的应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种柔性电子可延展性互连曲线的电流体动力学直写方法，实现柔性电子可延展性互连曲线的设计与制备的有机集成，采用电流体动力学直写技术直写可延展性互连曲线。

为实现上述目的，本发明提供一种柔性电子可延展性互连曲线的电流体动力学直写方法，其包括以下步骤：

1)在电流体动力学直写系统设计模块中，在可延展柔性基板上的直线长度为l的两个电极之间距离进行n等分，每个等分长度为l＝l/n，n满足n≥1，并且n取整数；

2)在电流体动力学直写系统设计模块中，每个等分长度l的线段在可延展性柔性基板的延展方向上根据实际需要设计电极之间的可延展性互连曲线形状，第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的表达式为

式中，ui表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的参数，其取值范围ui∈[0,1]，i＝1,2,…,n，pi(ui)表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线上的点，pi(ui)＝[xi(ui)yi(ui)]，xi(ui)和yi(ui)分别表示pi(ui)点的x坐标和y坐标，pi(0)和pi(1)分别表示第i个等分长度线段上所设计的可延展性互连曲线首末端点数据点，和分别表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线首末端点的切矢；

3)将可延展性基板固定在电流体动力学直写设备的工作平台上，移动工作平台，并将直写系统的喷嘴定位到可延展性基板上的两个电极的其中一个电极，作为直写可延展性互连曲线的起始位置；

4)以具有可延展性的导电材料为直写溶液材料，根据预直写的可延展性互连曲线的宽度，设定电流体动力学直写的工艺参数；

5)根据工作平台的移动速度及其控制周期，确定第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第ti个控制周期的直写距离

si(tj)＝vi(tj)ts；

其中si(tj)表示为第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写距离，vi(tj)表示为第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的工作平台的移动速度，ts表示为工作平台的控制周期，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m；

6)确定第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置，根据两点之间距离：获取第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置点的位置坐标，

其中表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj-1个控制周期的直写位置，si(tj)表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写距离；

7)根据步骤2)中获得的第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的表达式获取第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置的参数

8)分别计算第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写x轴和y轴的移动距离δxi(tj)和δyi(tj)，

其中，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写x轴移动距离，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写y轴移动距离，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置点的x轴坐标，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置点的y轴坐标，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj-1个控制周期的直写位置点的x轴坐标，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj-1个控制周期的直写位置点的y轴坐标；

9)将第tj个控制周期的直写x轴和y轴的移动距离δxi(tj)和δyi(tj)转换成脉冲量，并分别传给x轴和y轴的伺服驱动器，由伺服驱动器驱动电机的运动，促使x轴和y轴进行平移运动，同时直写系统形成射流，从而实现第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的在第tj个控制周期的曲线段的图案直写；

10)若不等于1，重复执行步骤5)至步骤9)；

11)若等于1，判断所设计的可延展性互连曲线的个数是否小于或等于n，如果是，重复执行步骤5)至步骤10)，否则结束，完成n个所设计的可延展性互连曲线的图案直写。

所述可延展性的导电材料为直写溶液材料包括pedot:pss溶液、pedot:pss/cnts混合溶液、pedot:pss/nafion混合溶液以及pedot:pss与其他混合的具有可延展性的导电溶液。

所述电流体动力学直写的工艺参数包括施加的电压、直写高度、直写溶液的流量、工作平台的移动速度。

所述柔性电子可延展性互连曲线的电流体动力学直写方法用于直写柔性电子的可延展性互连曲线结构。

所述可延展性互连曲线结构应用在柔性电子器件中。

本发明与现有技术相比，具有以下的优点和突出性效果：集成了设计和制造一体的柔性电子可延展性互连曲线的方法，不但简化了柔性电子可延展性互连结构制造工艺，降低制造成本，同时，通过根据实际需求，设计不同形状的可延展互连曲线，提高了柔性电子的延展率，通过电流体动力学直写方法直写可延展互连曲线，提高了可延展互连曲线在可延展性柔性基板上的定位精度。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明所设计的曲线首末两端切矢垂直水平线的6个曲线段。

图3为本发明所设计的曲线首末两端切矢与水平线方向45°的8个曲线段。

图4为本发明在两个电极之间直写的可延展性互连曲线实物图。

具体实施方式

下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种可延展性柔性电子图案的电流体动力学喷印方法，其包括如下步骤：

(1)在电流体动力学直写系统设计模块中，在可延展柔性基板上的直线长度为l的两个电极之间距离进行n等分，每个等分长度为l＝l/n，n满足n≥1，并且n取整数；

(2)在电流体动力学直写系统设计模块中，每个等分长度l的线段在可延展性柔性基板的延展方向上根据实际需要设计电极之间的可延展性互连曲线形状，第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的表达式为

式中，ui表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的参数，其取值范围ui∈[0,1]，i＝1,2,…,n，pi(ui)表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线上的点，pi(ui)＝[xi(ui)yi(ui)]，xi(ui)和yi(ui)分别表示pi(ui)点的x坐标和y坐标，pi(0)和pi(1)分别表示第i个等分长度线段上所设计的可延展性互连曲线首末端点数据点，和分别表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线首末端点的切矢；

(3)将可延展性基板固定在电流体动力学直写设备的工作平台上，移动工作平台，并将直写系统的喷嘴定位到可延展性基板上的两个电极的其中一个电极，作为直写可延展性互连曲线的起始位置；

(4)以具有可延展性的导电材料为直写溶液材料，根据预直写的可延展性互连曲线的宽度，设定电流体动力学直写的工艺参数；

(5)根据工作平台的移动速度及其控制周期，确定第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第ti个控制周期的直写距离

si(tj)＝vi(tj)ts；(2)

其中si(tj)表示为第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写距离，vi(tj)表示为第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的工作平台的移动速度，ts表示为工作平台的控制周期，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m；

(6)确定第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置，根据两点之间距离：

获取第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置点的位置坐标，

其中表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj-1个控制周期的直写位置，si(tj)表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写距离；

(7)根据式(1)获取第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置的参数

(8)分别计算第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写x轴和y轴的移动距离δxi(tj)和δyi(tj)，

其中，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写x轴移动距离，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写y轴移动距离，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置点的x轴坐标，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj个控制周期的直写位置点的y轴坐标，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj-1个控制周期的直写位置点的x轴坐标，表示第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线在第tj-1个控制周期的直写位置点的y轴坐标；

(9)将第tj个控制周期的直写x轴和y轴的移动距离δxi(tj)和δyi(tj)转换成脉冲量，并分别传给x轴和y轴的伺服驱动器，由伺服驱动器驱动电机的运动，促使x轴和y轴进行平移运动，同时直写系统形成射流，从而实现第i个等分长度的线段上所设计的可延展性互连曲线的在第tj个控制周期的曲线段的图案直写；

(10)若不等于1，重复执行步骤5)至步骤9)；

(11)若等于1，判断所设计的可延展性互连曲线的个数是否小于或等于n，如果是，重复执行步骤5)至步骤10)，否则结束，完成n个所设计的可延展性互连曲线的图案直写。

本方法可以用于直写柔性电子的可延展性互连曲线结构的设计。

同时设计的可延展性互连曲线结构可以应用在柔性电子器件中。

实施例

直写系统采用的直写溶液为pedot:pss/dmso，两者的浓度之比为1:0.2,而tritonx-100的质量浓度为0.1wt％的混合溶液；

直写系统的其他工艺参数如下：喷头直径外径为410mm、内径为200mm、电压为1500v、直写高度0.25mm、流量510nl/min以及运动平台移动速度为30mm/s。

通过上述方法，在以上的条件下，可以在左边电极1和右边电极3之间形成直写的可延展性互联曲线2，如图4所示。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。