一种柔性电子器件的制备方法及其制备装置

1.本发明涉及柔性电子器件技术领域，具体涉及一种柔性电子器件的制备方法及其制备装置。


背景技术：

2.柔性电子是指将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术，通过柔性电子技术制备的柔性电子器件的发展将颠覆传统人机交互方式，促进人工智能、智能制造、健康医疗、运动娱乐等领域的革命性发展。
3.现有的柔性电子器件一般为先对柔性衬底进行单向拉伸，再将敏感单元涂覆在衬底上，最后释放衬底，衬底和涂覆好的敏感单元收缩。上述衬底为单向拉伸，拉伸时衬底主要沿拉伸方向变形延伸，释放衬底后，衬底和涂覆好的敏感单元四周回缩不均匀，衬底上的敏感单元的各个方向因应变不均匀易产生裂纹或褶皱。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的柔性电子器件制备时对衬底进行单轴拉伸易导致敏感单元回缩后产生裂纹或褶皱的缺陷。
5.为此，本发明提供一种柔性电子器件的制备方法，包括如下步骤：
6.沿柔性衬底外轮廓方向对其进行均匀拉伸；
7.所述柔性衬底拉伸到位后，在所述柔性衬底的拉伸状态下，将敏感单元材料呈阵列式涂覆到柔性衬底的表面；
8.待所述柔性衬底上的敏感单元材料固化后，释放柔性衬底使其回缩至初始尺寸。
9.可选地，上述的柔性电子器件的制备方法，在所述柔性衬底拉伸到位后，在所述柔性衬底上方放置网板，所述网板上开设有阵列式小孔，从所述网板上方向所述柔性衬底上喷涂敏感单元材料。
10.可选地，上述的柔性电子器件的制备方法，通过喷头向所述柔性衬底上喷涂敏感单元材料，所述喷头固定在三维驱动机构上，所述三维驱动机构驱动所述喷头相对所述柔性衬底做三维运动。
11.可选地，上述的柔性电子器件的制备方法，所述柔性衬底拉伸到位后，对所述柔性衬底进行加热；在所述柔性衬底回缩至初始尺寸后，停止加热所述柔性衬底。
12.本发明提供一种柔性电子器件的制备装置，包括
13.基座，其上部设有向内凹陷的凹陷区；柔性衬底适于置于所述凹陷区内；
14.至少三组拉伸组件，设在所述基座上并沿所述凹陷区的轮廓方向均匀分布，所述拉伸组件适于在至少三个方向夹持住所述柔性衬底并对其进行均匀拉伸或释放；
15.喷涂组件，设于所述基座顶部；所述喷涂组件包括喷头，所述喷头适于将敏感单元材料呈阵列式涂覆到柔性衬底的表面上。
16.可选地，上述的柔性电子器件的制备装置，所述凹陷区的顶部轮廓为圆形；所述拉
伸组件具有多组，多组所述拉伸组件沿所述凹陷区的周向等间距分布；多组所述拉伸组件用于夹持所述柔性衬底的夹持端的连线为近圆形，以在柔性衬底的周向上对其进行均匀拉伸。
17.可选地，上述的柔性电子器件的制备装置，所述喷涂组件包括三维驱动机构，所述三维驱动机构设于所述基座上；所述喷头固定在所述三维驱动机构上，所述三维驱动机构驱动所述喷头相对所述柔性衬底做三维运动。
18.可选地，上述的柔性电子器件的制备装置，所述喷涂组件还包括支撑组件和网板，所述支撑组件位于所述柔性衬底上方并可相对所述柔性衬底上下移动地设于所述基座上，所述网板可拆卸地设于所述支撑组件上。
19.可选地，上述的柔性电子器件的制备装置，还包括第一驱动器，所述第一驱动器设于所述基座上，所述支撑组件设于所述第一驱动器的驱动端。
20.可选地，上述的柔性电子器件的制备装置，还包括升降座，所述升降座可相对所述拉伸组件升降地设于所述基座上，所述柔性衬底适于承载在所述升降座上。
21.本发明技术方案，具有如下优点：
22.1.本发明提供的柔性电子器件的制备方法，通过沿柔性衬底外轮廓方向对其进行均匀拉伸，使柔性衬底轮廓方向均匀向外变形延伸；在柔性衬底的拉伸状态下，将敏感单元材料呈阵列式涂覆到柔性衬底的表面，待涂覆在柔性衬底表面的敏感单元材料固化后，再释放柔性衬底使其回缩至初始尺寸。由于柔性衬底沿其外轮廓方向向外均匀变形，其回缩后四周回缩均匀，涂覆在其表面上的敏感单元跟随其回缩，敏感单元回缩均匀，敏感单元各个方向应变均匀，回缩后敏感单元不会产生裂纹或褶皱。
23.在释放过程中，由于敏感单元材料与柔性衬底所受应力不同，两者因应力失配会使敏感单元材料层产生屈曲或波浪结构，屈曲或波浪结构的敏感单元层抗拉伸性能好，能够有效提高柔性电子器件的延展性。
24.此外，柔性衬底释放后，敏感单元材料各个阵点的面积、以及相邻阵点之间的间距随柔性衬底回缩减小，有效提高柔性电子器件的集成度和分辨率。
25.2.本发明提供的柔性电子器件的制备装置，将柔性衬底置于凹陷区中部，至少三组拉伸组件的夹持端从三个不同的方向夹持住柔性衬底并对其进行拉伸，至少三组拉伸组件沿凹陷区轮廓方向均匀分布，即拉伸组件沿柔性衬底的周向均匀分布，可从至少三个方向对柔性衬底进行均匀拉伸，相比现有的单轴拉伸方式，释放柔性衬底后敏感单元材料各个方向回缩均匀，应变均匀，不会出现裂纹或褶皱现象。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例1提供的柔性电子器件制备方法的原理图；
28.图2为本发明实施例2中提供的柔性电子器件的制备装置的整体结构示意图；
29.图3为图2喷涂组件的示意图；
30.图4为三轴机械臂的示意图；
31.图5为支撑组件的示意图；
32.图6为拉伸组件与柔性衬底和网板的配合示意图。
33.附图标记说明：
[0034]1‑
基座；2
‑
拉伸组件；3
‑
喷涂组件；31
‑
喷头；32
‑
三维驱动机构；321
‑
x轴运动组件；322
‑
y轴运动组件；323
‑
z轴运动组件；331
‑
支撑板；332
‑
固定板；333
‑
伸缩导轨；334
‑
支架；34
‑
网板；35
‑
第一驱动器；4
‑
支座；5
‑
柔性衬底；6
‑
敏感单元。
具体实施方式
[0035]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0039]
实施例1
[0040]
本实施例提供一种柔性电子器件的制备方法，包括如下步骤：
[0041]
沿柔性衬底5外轮廓方向对其进行均匀拉伸；
[0042]
所述柔性衬底5拉伸到位后，在所述柔性衬底5的拉伸状态下，将敏感单元6材料呈阵列式涂覆到柔性衬底5的表面；
[0043]
待所述柔性衬底5上的敏感单元6材料固化后，释放柔性衬底5使其回缩至初始尺寸。
[0044]
此制备方法,通过沿柔性衬底5外轮廓方向对其进行均匀拉伸，使柔性衬底5轮廓方向均匀向外变形延伸；待涂覆在柔性衬底5表面的敏感单元6材料固化后，再释放柔性衬底5使其回缩至初始尺寸。由于柔性衬底5沿其外轮廓方向向外均匀变形，其回缩后四周回缩均匀，涂覆在其表面上的敏感单元6跟随其回缩，敏感单元6回缩均匀，敏感单元6各个方向应变均匀，回缩后敏感单元6不会产生裂纹或褶皱。图1为柔性电子器件制备方法的原理图。
[0045]
在释放过程中，由于敏感单元6材料与柔性衬底5所受应力不同，两者因应力失配会使敏感单元6材料层产生屈曲或波浪结构，屈曲或波浪结构的敏感单元6层抗拉伸性能
好，能够有效提高柔性电子器件的延展性。
[0046]
此外，柔性衬底5释放后，敏感单元6材料各个阵点的面积、以及相邻阵点之间的间距随柔性衬底5回缩减小，有效提高柔性电子器件的集成度和分辨率。
[0047]
在柔性衬底5拉伸到位后，在柔性衬底5上方放置网板34，网板34与柔性衬底5在高度上间隔一定距离，网板34上开设有阵列式小孔，采用喷头31喷涂敏感单元6材料，喷头31位于网板34上方，从网板34上方向柔性衬底5上喷涂敏感单元6材料，以在柔性衬底5的拉伸状态下实现阵列式涂覆。或者为实现阵列式涂覆，还可以在柔性衬底5拉伸到位后，在柔性衬底5上贴附薄膜，薄膜上带有阵列式小孔，再采用喷头31喷涂敏感单元6材料，喷涂完成，揭掉薄膜即可。或者也可通过人工点涂的方式实现阵列式涂覆。
[0048]
喷头31的入口通过连接管连接敏感单元6储存器，储存器内存储液态敏感单元6材料，并将敏感单元6材料通过连接管输送至喷头31。最佳地，喷头31固定在三维驱动机构32上，三维驱动机构32驱动喷头31相对柔性衬底5做三维运动，以实现均匀涂覆，使涂覆后的敏感单元6材料层厚度均匀。柔性衬底5本身面积较大或拉伸后面积较大时，便于通过调整喷头31相对柔性衬底5的位置实现均匀喷涂。
[0049]
在柔性衬底5拉伸到位后，对柔性衬底5进行加热；再向其上喷涂敏感单元6材料，柔性衬底5加热后可以加快柔性衬底5上敏感单元6材料的干燥固化，缩短柔性电子器件的制备周期。在柔性衬底5回缩至初始尺寸后，停止加热柔性衬底5。
[0050]
实施例2
[0051]
本实施例提供一种柔性电子器件的制备装置，如图2所示，其包括基座1、至少三组拉伸组件2和喷涂组件3。
[0052]
其中，基座1上部设有向内凹陷的凹陷区；柔性衬底5适于置于凹陷区内；至少三组拉伸组件2设在基座1上并沿凹陷区的轮廓方向均匀分布，拉伸组件2适于在至少三个方向夹持住柔性衬底5并对其进行均匀拉伸或释放；喷涂组件3设于基座1顶部；喷涂组件3包括喷头31，喷头31适于将敏感单元6材料呈阵列式涂覆到柔性衬底5的表面上。
[0053]
此柔性电子器件的制备装置，将柔性衬底5置于凹陷区中部，至少三组拉伸组件2的夹持端从三个不同的方向夹持住柔性衬底5并对其进行拉伸，至少三组拉伸组件2沿凹陷区轮廓方向均匀分布，即拉伸组件2沿柔性衬底5的周向均匀分布，可从至少三个方向对柔性衬底5进行均匀拉伸，相比现有的单轴拉伸方式，释放柔性衬底5后敏感单元6材料各个方向回缩均匀，应变均匀，不会出现裂纹或褶皱现象。
[0054]
柔性衬底5拉伸完成后再通过喷头31向柔性衬底5上喷涂敏感单元6材料，敏感单元6材料固化后，拉伸组件回缩以释放柔性衬底5，衬底回缩至初始尺寸。
[0055]
在释放过程中，由于敏感单元6材料与柔性衬底5所受应力不同，两者因应力失配会使敏感单元6材料层产生屈曲或波浪结构，屈曲或波浪结构的敏感单元6层抗拉伸性能好，能够有效提高柔性电子器件的延展性。
[0056]
此外，柔性衬底5释放后，敏感单元6材料各个阵点的面积、以及相邻阵点之间的间距随柔性衬底5回缩减小，有效提高柔性电子器件的集成度和分辨率。
[0057]
具体地，参见图2，凹陷区的顶部轮廓为圆形；拉伸组件2具有多组，多组所述拉伸组件2沿凹陷区的周向等间距分布，多组拉伸组件2用于夹持柔性衬底5的夹持端的连线为近圆形，以在柔性衬底5的周向上对其进行均匀拉伸。
[0058]
每组拉伸组件2均包括伸缩驱动器和夹爪，夹爪固定在伸缩驱动器的驱动端，伸缩驱动器固定在基座1上。夹爪夹持柔性衬底5后，多组伸缩驱动器的驱动端回缩，以向外拉伸柔性衬底5，敏感单元6材料涂覆完成，伸缩驱动器驱动端伸出以释放衬底。夹爪松开衬底即完成柔性衬底5的拉伸和涂覆。
[0059]
参见图3至图6，喷涂组件3还包括三维驱动机构32、支撑组件、网板34和第一驱动器35。例如，三维驱动机构32为三轴机械臂，凹陷区两侧的基座1顶部分别设有一个支座4，三轴机械臂包括x轴运动组件321、y轴运动组件322和z轴运动组件323。其中，两侧的x轴运动组件321架设在两侧的支座4上，喷头31固定在z轴运动组件323上，三轴机械臂带动喷头31相对柔性衬底5做三维运动，根据需要改变喷头31相对柔性衬底5的远近和高度，以将液态敏感单元6材料均匀喷涂到整个柔性衬底5上。
[0060]
第一驱动器35固定在其中一个支座4上，第一驱动器35为直线驱动器，如气缸。支撑组件包括支撑板331和固定板332。支撑板331与第一驱动器35的驱动端连接，支撑板331两侧通过导轨滑动设于支座4上。支撑板331上固定有“u”型的固定板332，固定板332下方两侧设有伸缩导轨333，伸缩导轨333上设有朝向外侧凹陷的凹槽(图中未示出)，网板34置于支架334中部，网板34安装时将支架334两侧插接在该凹槽内即可将网板34向内推至预定位置。网板34上设有阵列排布的小孔，通过网板34喷涂敏感单元6材料可实现阵列化、图样化涂覆。支架334下方设置电热丝等加热装置，在柔性衬底5拉伸到位后，对支架334进行加热，热量传递到柔性衬底5上以快速烘干衬底上的液态敏感单元6材料，缩短制备周期。
[0061]
柔性电子器件的制备装置还包括升降座(图中未示出)，升降座可相对拉伸组件升降地设于基座1上，柔性衬底5适于承载在升降座上。升降座位于固定板332正下方。喷头31内设有超声换能器，其中一个支座4顶部设有控制箱，控制箱内部设有与超声换能器电连接的超声控制器，超声控制器可根据需要控制喷头31的喷量，三轴机械臂带动喷头31运动，实现均匀和高效喷涂。
[0062]
制备装置使用时，先将柔性衬底5放置于升降座上，升降座上升至与拉伸组件的夹爪平齐，夹爪从柔性衬底5边缘将衬底夹住，然后升降座下降脱离柔性衬底5。多组伸缩驱动器的驱动端回缩，以向外拉伸柔性衬底5。将支架334插入伸缩导轨333两侧的凹槽并将其推至柔性衬底5正上方，通过第一驱动器35带动网板34上下移动调节网板34相对柔性衬底5的上下距离，距离调节好，三轴机械臂带动喷头31移动进行喷涂。敏感单元6材料喷涂完成，伸缩驱动器驱动端伸出以释放衬底。夹爪松开衬底即完成柔性衬底5的拉伸和涂覆。
[0063]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。