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金属-硅混合微结构实现创新型柔性光电器件

麦姆斯咨询 中字

据麦姆斯咨询报道,研究人员第一次使用单步激光方法制造出了微型精密银、柔性硅混合微结构。该创新的激光加工技术可以在将来使智慧工厂使用一条生产线批量生产结合软性材料的定制器件,例如结合具有葡萄糖传感功能硬质材料的工程组织。

这种金属-硅混合微结构中的金属成份可以使其具有导电性,而弹性硅树脂则可以使微结构具有弹性。这种独特的综合性能使得该结构对机械力敏感,可用于制造新型的光电器件。

金属-硅混合微结构实现创新型柔性光电器件

“这类微结构或可用于测量非常小的运动或变化,例如昆虫体内的轻微运动或人体面部肌肉产生的细微表情,”来自日本庆应义塾大学(Keio University)的研究小组的负责人Mitsuhiro Terakawa表示,“这些信息可帮助计算机完美的模拟这些细微的运动。”

据光学学会(OSA)的“光学材料快报”(Optical Materials Express)杂志详细介绍,研究人员制造出了一种由被称为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的硅树脂包覆的银线结构。研究人员使用PDMS是因为它具有柔性和生物相容性,这意味着用于人体或体内更安全。

研究人员采用极短的、持续时间仅为飞秒的激光脉冲照射PDMS和银离子的混合物,来制造这种宽度仅为25微米的微结构。在一飞秒的时间内,光传播的距离仅为300纳米,仅比最小的细菌略大一些。

“我们相信我们是第一个使用飞秒激光脉冲来制造含有PDMS的混合材料的研究小组;PDMS的柔性非常有用,”Terakawa表示,“这代表了使用单一的精密激光加工技术,制造结合硬质和软质材料的生物相容性器件的研究,又向前迈进了一步。”

两步激光工艺合二为一

制造上述混合微结构的一步制造方法,是将被称为光聚合和光还原的光化学反应结合起来一步完成,二者都是使用飞秒激光脉冲诱发的。光聚合反应利用光来硬化聚合物;光还原反应利用光将金属离子还原形成微结构和纳米结构。

该制造技术是由Terakawa的研究小组(该研究组正在研究使用软质材料的双光子光还原)和德国研究组织——汉诺威激光中心的研究小组(该研究组一直在推进PDMS的单光子光聚合)共同合作研发的。

研究人员利用522nm波长的飞秒激光照射PDMS-银混合物获得了线微结构。他们还认真选择了与PDMS结合良好的银离子。

研究人员发现,仅一次激光扫描形成的线结构,展现出了金属的导电性和聚合物的弹性,额外的激光扫描可以产生更厚和更均匀的结构。他们还通过在微结构上施加气流产生3千帕的压力,来展示线状微结构对机械力的响应。

研究人员表示,除了制造线结构外,该方法还可用于制造微小的3D金属-硅结构。下一步,他们计划研究所制造的线结构是否可随时间保持其结构和性能。

“我们的工作表明,同时诱导光还原和光聚合的一步制造工艺,有希望用于制造兼备柔性和导电性的微结构,”Terakawa表示,“这向我们开发智能工厂,在一条生产线上制造许多生物相容性器件(无论原材料是软质材料还是硬质材料)的长期目标,又迈进了一大步。”

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