[发明专利]一种具有规则褶皱结构的可拉伸电子器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种制备具有规则褶皱结构的可拉伸电子器件的方法，利用表面加工有微结构的滚轮，控制超薄柔性电子器件与弹性薄膜结合形成规则的褶皱结构，进而解决基于褶皱结构的可拉伸电子器件在面向大规模生产和商业应用中遇到的制备工艺与器件性能不兼容的问题。

背景技术

近年来，随着电子行业的发展，可拉伸电子器件逐渐走进人们的视野。与传统的基于硅和玻璃等硬质材料的器件相比，可拉伸电子器件具有柔性、可弯曲和可拉伸等特点，因此适用于可穿戴器件、可拉伸显示器件和具有生物相容性的医疗器件等新兴领域，具有巨大的实用价值。

使超薄柔性薄膜器件产生褶皱结构，进而产生可拉伸性是制备可拉伸器件的一种重要方式。通常，具有褶皱结构的可拉伸系统是将薄膜器件与弹性衬底相结合，利用弹性衬底的拉伸与释放过程，使薄膜器件在微小尺度上发生弯曲，产生褶皱结构，进而将整个拉伸系统的宏观拉伸行为，转换为微小褶皱结构的弯曲行为，使原本没有弹性的薄膜器件产生可拉伸性。这种方法充分地利用了薄膜器件的柔性，将较为常见的柔性拓展为可拉伸性，使可拉伸器件兼具柔性器件优异的器件性能和弹性材料的拉伸性，因此具有广阔的应用前景。当前已经报道了许多种基于褶皱结构的可拉伸器件，包括可拉伸集成电路、可拉伸晶体管、可拉伸太阳能电池和可拉伸发光器件等，其中一些可拉伸电子器件由于具有优异的拉伸性和器件性能，已经展现出了在商业化应用上的巨大潜质。然而，这些可拉伸电子器件的制备工艺可能阻碍它们商业化的进程。

商业化要求可拉伸电子产品既要具有高效稳定的性能，同时还需要有可大规模生产、低成本和高产率的制备工艺。在已报道的基于薄膜褶皱结构的可拉伸器件中，具有随机褶皱结构的可拉伸器件具有低成本的优点，在褶皱形成过程中，几乎不需要任何设备的辅助，只需要用手指轻按薄膜器件，使其粘贴在具有粘性的弹性胶带表面即可。但是同时，这种器件也具有非常明显的缺点，由于褶皱结构具有不可控制的随机形貌，导致器件性能的均一性和稳定性较差，不同工艺批次的个体之间可能存在巨大差异，不适合商业应用。另一方面，研究人员提出了利用光刻和激光烧蚀等工艺辅助制备形貌规则可控的褶皱的方法，最终制备的可拉伸器件性能稳定均一，不同生产批次的器件之间性能几乎没有差异。然而，在制备规则褶皱过程中所用到的光刻、激光烧蚀等工艺，或是价格昂贵，或是耗费时间，都不适合大规模生产，也不适合商业应用。因此，需要找到一种制备方法，既能使得可拉伸器件具有规则的褶皱结构，性能均一稳定，又能满足商业化大规模生产的低成本、快速和高产率的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于滚轮滚动工艺的低成本、快速、高效率的制备具有规则褶皱结构的可拉伸电子器件的方法。

卷对卷制备工艺是工业生产中一种常用的器件制备工艺，具有快速、连续大规模生产和低成本等优点。近些年，一些研究者利用卷对卷工艺，制备大面积的柔性电子器件，例如薄膜太阳能电池，柔性电极和纳米制动器等。同时，将卷对卷设备中的滚轮进行图案化改造，就可以利用卷对卷工艺快速高效地制备大面的微纳结构，具有非常重要的研究意义。深入分析卷对卷工艺，它的核心理念是利用滚轮的连续滚动，进而进行快速的生产，产率的提高降低了生产成本。因此，将滚轮滚动原理应用于具有规则褶皱结构的可拉伸电子器件的制备，将显著提高可拉伸电子器件的产率，降低生产成本，使可拉伸电子器件同时在器件性能和生产工艺上满足商业化的需求。