[发明专利]灵活定制高可调柔性微加热器的复合加工方法及微加热器

说明书

本发明涉及一种灵活定制高可调柔性微加热器的复合加工方法及微加热器，制备方法包括：S1：以激光直写的方式对柔性基底表面进行直写刻蚀加工，获得图案化的激光诱导石墨烯结构，作为加热图案区域；S2：装夹三维绝缘掩膜版，并以选择性电化学沉积材料在加热图案区域上进行电化学沉积，得到电极和互联导体图案；S3：以封装柔性聚合物作为封装层，完成柔性微加热器的制造。与现有技术相比，本发明加工工艺过程操作方便、绿色环保、加工精度高、成本低，对柔性微加热器件的开发和加工具有重要的应用价值；加工的柔性微加热器能够广泛地用于生物医疗、可穿戴式电子设备、实验室研究、智能电子器件以及软机器人等各种领域。

技术领域

本发明涉及柔性微加热器领域，具体的说是一种灵活定制高可调柔性微加热器的复合加工方法。

背景技术

近年来，柔性微加热器已受到相当大的关注，它们可用于空间有限的各种领域，在一系列微小区域上提供可控的热刺激，例如，便携式生物医疗器件、实验室研究、可穿戴式电子设备、软机器人以及军事领域等等。相比于传统的刚性电子器件，柔性可穿戴电子器件具有柔软的机械灵活性，能够适应不同的工作环境，满足人体对于设备的形变要求。这对于电子器件的制作材料和加工制备工艺提出了新的挑战和要求，在保证电子器件电学性能的基础上，具有一定的机械柔性(如弯曲性和拉伸性等)。

柔性微加热器能够在小范围内施加热刺激的柔性微加热器在可穿戴电子设备、便携式医疗器械和其他空间有限的加热设备的应用中具有重要意义。柔性加热器分为多种类型，包括硅胶加热器、聚酰亚胺薄膜加热器、加热带、绳式加热器等等。而加工柔性微加热器由于其加热区域在微细尺度内，对加工的尺度和精度进一步提出了更高的要求。目前，常用的柔性微加热器主要可分为两类：基于导线(wire-based)型和基于金属箔(foil-based)图案型的柔性微加热器。

基于导线型的柔性微加热器，利用的是导电的金属线作为加热功能单元，目前常用的是光刻、软光刻、磁控溅射、牺牲层剥离等传统的微纳米加工工艺，能够获得微纳米尺度的加工精度，但是加工设备的成本高，加工工艺步骤复杂，不适用于大规模的生产。此外，基于导线的柔性微加热器的传热通常受到导线直径、导线与基板之间不良的热接触等因素的限制，导致热效率的损失。

相比于导线型的柔性微加热器，基于金属箔图案的柔性微加热器在设计特定加热区域图案上具有更高的灵活性，并且在电极图案和接触物体间具有更好的热接触。该类型柔性微加热器的主要加工方法有刻蚀金属箔技术、丝网印刷、光刻、湿法刻蚀等，其中刻蚀金属箔和丝网印刷技术都具有低成本和可大规模生产的优势。然而，金属箔型柔性微加热器是依赖电极图案来提供加热区域，常用的有螺旋形、蜂窝形、S形、扇形等连续的复杂路径图案，其原因是金属箔(如铜箔、铝箔等)材料的电导率较高，因此需要较长的图案路径才能为微加热器提供适当的电阻值，获得稳定均匀的加热区域。这使得微加热器的图案设计较为复杂，灵活性、精度和性能都会受到一定的限制。

为了提高柔性微加热器的性能，开发各种新型的加热材料和制备工艺成为当前柔性电子器件领域研究的重点和难点。各种不同类型的材料已被用作为加热元件功能材料，包括各类金属材料，如铜、铝、银、金、铂等，和导电的非金属材料，如碳纳米管、石墨烯等，已被广泛地用于形成柔性微加热器。

目前柔性微加热器的制备加工方法仍多基于传统的微纳米加工技术，例如：光刻、电子束刻蚀等，这些微纳米加工方法能够实现高精度的加工，但加工设备成本高，操作过程较为复杂，无法用于大规模器件的生产。刻蚀金属箔和丝网印刷工艺能够实现低成本、大规模的器件生产，但是加工的精度还较难以达到微纳米尺度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有柔性微加热器加工制备工艺中存在的不足，提供了一种低成本、高精度、工艺操作灵活可控的新型复合加工制备方法，能够实现轻薄、加热定域性高的柔性微加热器的大规模、定制化制造。

本发明的第一个目的是保护一种灵活定制高可调柔性微加热器的复合加工方法，包括以下步骤：