柔性电子（Flexible Electronics），又称为塑料电子(PlasticElectronics)、印刷电子(Printed Electronics)、有机电子(Organic Electronics)、聚合体电子(Polymer Electronics)等，是将无机/有机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新型电子技术[1]。柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材料等，其核心是微纳米图案化制造，涉及机械、材料、物理、化学、电子等多学科交叉研究。柔性电子以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用背景，如柔性电子显示器、有机发光二极管、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子报纸、电子皮肤等。

（1）电子元器件

　　电子元器件是柔性电子产品的基本组成部分，包括电子技术中常用的薄膜晶体管、传感器等，这些电子元器件与传统电子技术的元器件没有本质差别，部分元器件采用无机半导体材料，由于其材质较脆，在变形过程中容易发生折断，所以通常不直接分布在电路板上，而是先安放在刚性微胞元上，然后承载元器件的微结构再分布在柔性基板上，这样做的好处是有利于保护电子元器件，避免在弯曲过程中损坏。其中有机电子元器件的优点是OTFT为减小元器件重量和厚度、提高其柔韧性和延展性创造了条件。

（2）柔性基板　　

　　柔性基板区别于传统刚性基板的特点是：绝缘性（不允许漏电，要保证其上电子设备的正常工作和安全性）、廉价性、柔韧性、薄膜型。

　　故而基于上述特性，通常采用高分子聚合物，目前常用作柔性基板材料的是杜邦公司的聚酰亚胺薄膜材料、聚二甲基硅氧烷、PET等。

　　（3）交联导电体

　　电子元器件分布在刚性的微胞元上，许多这样的微结构分布于基板上，由交联导电体（类似于电线）将其连接成一个完整的柔性电路。

（4）粘合层

　　柔性电子系统各种组成部分的结合需要粘合层，对交联导电体和柔性基板的粘合尤为关键。其应具有的特性包括耐热性、结合力、弯曲能力；目前柔性电路常用的粘合层材料主要有丙烯酸树脂和环氧树脂。

（5）覆盖层

　　用于保护柔性电路不受尘埃、潮气或者化学药品的侵蚀，同时也能减小弯曲过程中电路所承受的应变，同时也能减小柔性电路中刚性微胞元边缘的应力强度，并且抑制其与柔性基板分离。覆盖层要求能够忍受长期挠曲、抗疲劳性、具有良好的敷形型，以及无气泡层压。目前用于覆盖层的常用材料为丙烯酸树脂、环氧树脂以及聚酰亚胺等。

　　柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小，其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。柔性电子制造过程通常包括:材料制备-沉积-图案化-封装, 可通过卷到卷(R2R)基板输送进行集成。其中现有的图案化技术包括光刻、荫罩、打印（微接触印制和喷印）等，对比如下表：

表1 图案化技术的对比

光刻

荫罩

微接触印刷

喷印

成本

极高

低

中等

低

可制造面积

小

大

中等

大

效率

低

高

高

高

温度

高温高压

低温

中等

高温低温均可

掩膜

需要

需要

不需要

不需要

分辨率

极高

低

高

高

有机材料兼容性

差

良好

差

优异

R2R兼容性

差

中等

良好

良好

材料消耗

严重

中等

低

低

环境要求

净化空间、隔振

低

中等

低

工艺步骤

多步

多步

多步

单步

灵活性

差

差

差

好

实现模式

非接触式

接触式

接触式

非接触式

　　柔性和可拉伸无机电子产品的发展，消除了平面、刚性、脆性设计约束，从而诞生了诸多新应用，如柔性电子显示屏、薄膜太阳能电池板、柔性RFID、电子皮肤等，见图1.

（a)为将SI-CMOS电路转移到PDMS基板上；（b）为基于可压缩硅光电的半球形电子眼摄像机；（C）多功能生物相容界面的球塞导管，用于心心电生理检测和；（d）超薄保形生物集成神经电极阵列转印在可溶解的丝绸基材上；（e）多功能表皮电子系统；（f）GaInP/GaAs 异质双极阵列晶体管转印到可生物降解的纤维纳米基质上，并包裹在3mm树枝上（g）可弯曲的光伏模块，用于太阳能电池制备；（h）μLED转印到PDMS衬底上，并在铅笔尖头上紧密拉伸；（i）转印到薄板上的蓝色LED。

图1 通过转印实现的柔性和可拉伸无机电子设备

　　转印技术是一种新兴的从供体基底到受主基体组装转移纳米/纳米物体材料的一种技术，其对要求异质性无机电子材料与软质基体结合的柔性电子发展有着很大的意义。典型的打印过程包括拾取和打印，在拾取步骤中，首先将预先制造在供体衬底上的功能器件组件（如微/纳米膜、带、纳米线、纳米管等）拾取到压膜上，在印刷步骤中，使着墨的印章与接收器接触，然后移走印章，以将设备组件印到接收基板上.成功的拾取步骤要求在印模/设备界面处的粘合强度大于在设备/供体界面处的粘合强度，从而导致在设备/供体界面处发生分层，从而将功能性设备转移到弹性体印模上。在打印过程中，设备/接收器界面处的粘附强度比在印模/设备界面处的粘附强度强，因此可以实现印刷。转印适用于二维、三维布局的微米和纳米材料组装，也适用于大型组件。

（1）使用常规的基于晶圆的技术制造的设备组件可实现电子系统的高性能

（2）确定性组装高效、高精度；

（3）转印过程甚至在大规模集成时也是可以重复的，例如卷对卷应用；

（4）某些转印技术可以在室温下低成本运行

（5）适用于宽范围的结构和材料，从纳米结构在各种形状和大小的组建，其包括有机分子材料、无机半导体材料、功能聚合物、金属、压电材料等。

　　转印过程属于断裂力学范畴，其中涉及具有两个界面（印章/油墨和油墨/底物界面）的三层系统（印章/油墨/基材），转印的产量关键取决于转换能力，即强状态和弱状态之间的粘附以进行拾取和印刷，如图2a。另外，转印是否成功取决于印章/墨水/之间的竞争性断裂，而墨水与基材界面关系决定了是拾取还是打印：拾取过程中，图章/墨水界面应比墨水/基材界面强，以便图章可以吸附墨水；打印过程中，印章/墨水界面应弱于墨水/基材界面，以便可以从印章上释放墨水。通常，墨水与基材的粘附性被视为常数，因而转印的关键取决于墨水与印章的粘附能力。图2c反映了转印的基本原理：油墨/基材界面的粘合强度保持恒定（红色线），通过改变印章与油墨的粘合强度实现转印——粘合强度强，则为拾取，粘合强度弱则为印刷。而印章与油墨的粘合强度可通过外部调制，如剥离速度、横向运动等。转印一般会使用到柔软的弹性印章，可调节供体基板之间的微型设备（通常称为墨水）以及第二个接收器基板，如图2:。

a 1）在供体上准备墨水基板以可释放的方式。（2）回收过程：使用弹性体印章来回收墨水。（3）印刷工艺：印刷油墨到接收器基板上。 b  印模/油墨/基材结构中的两个界面。  c 粘附强度受外部刺激调节，显示高（ON）和低（OFF）粘附状态。

图2 转印操作过程和原理

　　其中调节粘附力常用粘附转换性（adhesionswitchability），即最大粘合强度到最小粘合强度范围值，来评估粘合力调制性能。

　　根据界面粘附调制原理，转印技术可分为表面化学和胶粘合转印（surface chemistry and glue assisted transfer printing ）、动力学控制转印（ kinetically controlled transferprinting）、激光驱动非接触转印（laser-driven non-contact transfer printing）、仿壁虎表面辅助特定转印（ geckoinspired transfer printing）、仿蚜虫转印技术（ aphidinspired transfer printing）、

　　为增强转印的可靠性，一般通过表面化学处理或使用胶水改变界面粘合强度。拾取所需的图章/油墨强附着力是通过轻微氧化的PDMS压模表面和通过缩合反应涂布在目标油墨上的SiO 2薄膜之间的Si-O-Si化学键实现；印刷则通过涂一层薄薄的胶水来增强界面粘合，通常发生在液体/未固化状态、部分固化状态、或处于低模量的状态。未固化或部分固化的胶是通过加热进一步固化或紫外线曝光至能够增强油墨与接收器基材之间的粘合力的状态。

　　另外，供体基材的表面处理也是关键因素。一些材料与供体基材很强的附着力，因而进行适当的表面处理例如自组装的单分子膜以减弱油墨与供体基材之间的附着力。例如，在转移印刷胶体量子点的情况下，纳米颗粒与底物之间的相互作用应处于有效转移打印的适当范围内，并且需要特定的表面处理（例如，十八烷基三甲糖基的涂层车道自组装单层通常是在施主基板上的纳米粒子涂层溶液。

a（1）利用轻微氧化的PDMS表面之间的Si–O–Si化学键拾取印章，并在GaAs导线阵列上涂覆新鲜的SiO 2膜。（2）从PDMS转移GaAs线阵列，压印到涂有PU薄层的PET板上。经ref许可转载。

b（1）转印印刷方法的插图（2）溶剂可剥离胶带和在180 o剥离下引入丙酮之前和之后3M 3850胶带的测量粘合强度图

c 通过表面化学和胶粘辅助转移印刷实现的设备和结构技术。（1）一种高性能薄膜晶体管，其构建在光敏环氧涂层的PET基板上。（2）在聚酰胺酸涂覆的PI基板上的3D硅n沟道金属氧化物半导体反相器阵列。（3）一个EMG传感器安装在前臂皮肤上，用于通过可剥离溶剂的胶带进行测量。

图3 典型的表面化学和胶水转印工艺

　　粘弹性印章粘附效应与速率相关，高速可以从供体基材上取下油墨（〜10mm / s或更高），然后低速（ 33.9％），后者超过了1/3转换里程碑。这些属性，结合低材料和制造成本，负担得起启动和低寿命的能源费用。此类工业化策略扩大器件模块制造规模扩展到其他应用的强大潜力阳离子空间，包括在其他部分。

图32（a）适用于一种高浓度、微型光伏技术的高通量自动化转印工具（b）由大面积的相互连接的微型多结太阳能电池阵列组成的底板；以玻璃球为聚焦元件的细胞图片。（c）已完成模块的图像：大约100,000个印刷的微细胞

（1）可扩展至纳米级。

（2）高并行性和大规模。高吞吐量，适合大型转移印刷技术需要大规模生产行业中的问题

（3）直接三维转移印刷能力。当前转移打印技术与具有复杂几何形状的基材不兼容。

参考文献过多，可后台回复“转印参考”获取