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紫外激光直寫柔性電路的研究進展
發(fā)布時間：2021-08-07 10:42
激光直寫柔性電路(Laser Direct Writing of Flexible Circuit，LDWFC)技術(shù)是伴隨著計算機控制技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種激光作用于材料的成型技術(shù)方法，可實現(xiàn)二維(Two Dimensional，2D)或三維(Three Dimensional，3D)結(jié)構(gòu)的加工。通常LDWFC技術(shù)也可以稱為激光直接寫入技術(shù)、激光直接圖案化技術(shù)、激光數(shù)字圖案化技術(shù)或者激光選擇性圖案化技術(shù)等?，F(xiàn)今LDWFC已廣泛運用在制備微電極、場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、微機電系統(tǒng)等各個領(lǐng)域。因為其具有燒結(jié)溫度較低、加工周期短、效率高、精度高、能夠大面積加工、可適應(yīng)材料范圍廣和可設(shè)計性強等特點，所以LDWFC技術(shù)非常適合應(yīng)用于聚合物柔性襯底上的電路圖案化，成為制備柔性可拉伸設(shè)備的有效工具，在柔性電路制造中扮演著非常重要的角色[1，2]。目前，LDWFC技術(shù)已經(jīng)引起了人們極大的興趣。根據(jù)所使用的材料，其具體過程會有些不同。例如，最常見的激光燒結(jié)技術(shù)，選用金屬納米油墨比常規(guī)的熱燒結(jié)技術(shù)更具優(yōu)勢，除了能夠選擇性燒結(jié)固化材料外，激光燒結(jié)還具有能量集中、溫度場熱影響區(qū)域小以及能夠及時的燒結(jié)和退火等特點，從而可以在熱敏感聚合物襯底上加工堆疊和結(jié)構(gòu)化金屬圖案[3]。這一特點進一步表明LDWFC能夠成為制造柔性電子元件的工藝方法。近年來，超快激光器(飛秒)已經(jīng)被證明能夠在各種襯底上，以最小熱副作用燒結(jié)金屬納米顆粒制造高分辨率電路圖案，是燒結(jié)微米/納米粒子較熱門和有前途的方法之一[4–6]。
 
LDWFC技術(shù)在制造柔性電路過程中利用了激光與材料的獨特特性，根據(jù)材料吸收光譜不同的特點，可以選擇合適的激光波長，當(dāng)激光作用于材料上時可以選擇性地吸收或者透射激光，有效防止柔性襯底直接吸收激光造成的損壞。另外，連續(xù)激光器和脈沖激光器也會表現(xiàn)出不同的特性，例如在脈沖激光器中，不同激光器的脈沖寬度會不同，如納秒(ns)、皮秒(ps)以及飛秒(fs)激光器，并且相同脈沖寬度下不同重復(fù)頻率也會表現(xiàn)出不同的特性。LDWFC所使用的納米材料，相較塊狀材料具有比表面積較大、熔點降低等特性。目前研究中廣泛使用的一般為金屬納米材料，除此之外也有很多研究開始報道激光直寫非金屬材料制造柔性電路的技術(shù)方法。另外，柔性襯底的選擇和印刷油墨的方法也非常重要，其中常用的柔性襯底有聚對苯甲酸乙二醇酯(PET)[7–10]、聚乙烯(PEN)、聚酰亞胺(PI)[10–12]、聚二甲基硅氧烷(PDMS)[7，8]和紙張[13]等。在制備好納米油墨之后，需要將油墨以擠出或者涂敷的方式印刷到柔性襯底上，采用的印刷方法也是多種多樣的，從2D到3D柔性電路的制備，不斷有新的方法出現(xiàn)，具體包括旋涂、噴涂、浸涂、刮涂、轉(zhuǎn)印、油墨直寫以及沉積等[14]?？傊?，LDWFC在柔性電子產(chǎn)品的快速開發(fā)、大面積制備、小批量特殊定制等方面具有無可比擬的優(yōu)越性，它制造柔性電路的效率較高、分辨率較高、工藝工序簡單、可適應(yīng)的納米油墨材料廣泛且具有加工2D和3D電路結(jié)構(gòu)的能力。它為柔性電路的發(fā)展起到了重要的推動作用，并為柔性電路的制造提供了靈活便利的方案，推動柔性電路朝著非標(biāo)準(zhǔn)功能器件的差異定制化方向快速發(fā)展。
 
本文從LDWFC策略的角度出發(fā)，總結(jié)了激光直寫技術(shù)在柔性電路制造中所涉及的油墨分類，還介紹了幾種比較常見的油墨材料并總結(jié)了幾種適合激光直寫油墨的優(yōu)缺點，以及根據(jù)激光作用于油墨材料方式的不同，介紹了當(dāng)下制造柔性電路具體激光技術(shù)的種類，回顧了激光直寫制造柔性電路在傳感器、超級電容器和柔性顯示器的應(yīng)用，最后探討了目前激光直寫技術(shù)在柔性電路的制造中的不足，并對未來發(fā)展作出展望。

 LDWFC油墨材料
導(dǎo)電油墨材料是激光直寫技術(shù)制造高性能柔性電路過程中的關(guān)鍵部分之一，LDWFC所使用的油墨主要以低成本、納米級顆粒狀的金屬或非金屬為主。LDWFC油墨材料可大體分為6大類:(1)非金屬油墨；(2)單元素金屬納米油墨；(3)金屬氧化物納米油墨；(4)核殼雙金屬納米油墨；(5)合金金屬納米油墨；(6)復(fù)合納米油墨。具體的非金屬油墨包括:石墨烯[8]、氧化石墨烯(GO)；單元素金屬納米顆粒油墨包括:Ag納米油墨、Cu納米油墨、Au納米油墨、Zn納米油墨等；金屬氧化物納米油墨包括:NiO納米油墨、CuO納米油墨、Cu2O納米油墨等；核殼雙金屬納米油墨包括:Cu-Ag納米油墨；合金金屬納米油墨包括:銅鎳合金納米油墨[17]、Au-Ag合金納米油墨[35]、鎵銦液態(tài)金屬合金油墨[19]等。復(fù)合油墨包括:碳納米管與銀的復(fù)合油墨[36]、PEDOT:多壁碳納米管和聚乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)、氧化石墨烯(GO)復(fù)合材料[41]等。
 
我們簡要展示了幾種應(yīng)用于LDWFC中的油墨，在非金屬油墨中石墨烯的性能是最好的，其具有超高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率、高的楊氏模量、高化學(xué)/物理穩(wěn)定性、光透射率好、柔韌性強、機械性能出色并且生物兼容性非常好等特點，因此石墨烯在LDWFC中是一種非常有前途的材料[42–44]。但是石墨烯的大量獲取非常困難，其通常采用機械剝落法得到單層或少層的石墨烯，該方法效率太低，極大地限制了石墨烯在LDWFC中的發(fā)展。目前實驗室研究中獲得高導(dǎo)電石墨烯的最主要方法有GO還原法以及聚合物上的激光誘導(dǎo)石墨烯(Laser-InducedGraphene，LIG)，GO還原法可以獲得大面積的石墨烯材料，GO是類似石墨烯的2D結(jié)構(gòu)，但其單層碳原子被基面和石墨烯薄片剝落過程中引入的邊緣含氧基團(Oxygen-ContainingGroups，OCG)共價官能化。OCG(例如羥基、環(huán)氧基和羧基)能夠使GO易于在分散液中，并能夠使GO在溶液中具有高膠體穩(wěn)定性以及獨特的光學(xué)性質(zhì)，因此非常適合制備成LDWFC油墨材料。待還原有效去除OCG后，GO恢復(fù)共軛結(jié)構(gòu)并恢復(fù)石墨烯的導(dǎo)電性。此外，GO在整個光譜上都表現(xiàn)出良好的吸收特性，因此可以使用連續(xù)或者脈沖激光器還原。
 
在單元素金屬納米油墨中使用最多且性能最優(yōu)異的是Ag納米油墨，雖然現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)很多LDWFC油墨材料的替代品。但目前Ag仍然是LDWFC中最常使用的一種油墨材料，因為它在柔性基材上有持久的穩(wěn)定性和優(yōu)異的黏合性，并且Ag具有出色的氧化穩(wěn)定性，在所有金屬中具有高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，在273.15K溫度下其導(dǎo)熱系數(shù)為429W/(mK)，電阻率為1.59μΩcm。不僅如此，根據(jù)已有研究報道Ag納米油墨已經(jīng)能夠通過激光直寫技術(shù)在柔性基材上成功制造獨立的3D柔性導(dǎo)電線路。除了Ag之外，研究者們開發(fā)出的高導(dǎo)電性、低成本且易于獲取的貴金屬替代油墨也是一個重要的研究方向，由于Cu具有高的導(dǎo)電性以及較低的成本，是一種極佳的貴金屬替代品。但是Cu油墨有抗氧化性差的缺點，阻礙了Cu像Ag油墨大規(guī)模使用。目前大量研究人員圍繞怎么克服Cu的氧化性合成穩(wěn)定的Cu油墨和Cu油墨制備高性能高導(dǎo)電的柔性電路，以及制備好的Cu電路是否具有長期可靠的性能等三個問題進行研究。慶幸的是，已有大量研究人員開始不斷探索克服Cu油墨其氧化的問題，比如使用Cu氧化物或者Cu核殼結(jié)構(gòu)類的油墨。這使得Cu納米油墨逐漸成為Ag納米油墨的替代品，具有極大的應(yīng)用前景。
 
現(xiàn)階段對2D柔性電路的油墨已經(jīng)有了很多研究并取得了重大的進展，但用于3D立體電路的油墨報道相對較少。值得注意的是，LDWFC從2D到3D的制造過程中，油墨材料的特性有著明顯的差異，空間中的電路力學(xué)性能復(fù)雜多變，要求變得更加苛刻。3D電路需要克服自支撐和如何成型保型以及自身機械性能等問題。這也要求了在制造3D立體電路時，墨水必須具有一定的固體顆粒密度和一定的黏彈性，以及一定的自支撐性能，還需要一些方法輔助成型，一般采用層層制造以及墨水直寫的輔助方法等?？傊?，在LDWFC過程中，油墨的特性很大程度上決定了激光直寫制備出的導(dǎo)電電路的特性，不同的材料和油墨添加劑會讓油墨表現(xiàn)出不同的特性。目前研究還需進一步優(yōu)化油墨的流變性能、電氣性能、干燥過程和激光直寫過程中基材與油墨的相互作用，不斷地改進現(xiàn)有油墨配方以獲得高導(dǎo)電的柔性電路。

LDWFC技術(shù)
作為傳統(tǒng)沉積和光刻技術(shù)的替代方法，LDWFC技術(shù)已經(jīng)被證明可以用來制造復(fù)雜微米尺度的2D和3D結(jié)構(gòu)，這種能力被認(rèn)為是制造3D互聯(lián)電路結(jié)構(gòu)非常有前途的技術(shù)方法，其在制造3D電路技術(shù)方法上比現(xiàn)有的一些3D電路制造技術(shù)(如:直接書寫技術(shù)、彎月面電沉積技術(shù)、局部電化學(xué)沉積等)更具一定的優(yōu)勢。綜合來講，LDWFC技術(shù)適應(yīng)的材料更加廣泛，從非金屬、金屬、氧化物到復(fù)合材料以及其他特殊性能的材料都適合。不僅如此，LDWFC還能進行材料的改性，增加柔性電路金屬層與柔性襯底間的黏附性以及電氣機械性能等。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，LDWFC技術(shù)的精度已經(jīng)遠(yuǎn)比其他技術(shù)高，最小成型尺寸已經(jīng)達(dá)到納米級別。LDWFC技術(shù)按照對材料的作用方式不同可分為:(1)激光燒結(jié)技術(shù)；(2)激光還原技術(shù)；(3)激光誘導(dǎo)改性技術(shù)；(4)激光輔助電路制造技術(shù)。其中激光輔助電路制造技術(shù)包括激光輔助墨水直寫技術(shù)、激光輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù)[47]以及激光輔助電沉積技術(shù)等。根據(jù)所使用金屬或非金屬納米顆粒油墨的特性，以及柔性電路制造工藝要求選擇相應(yīng)適合的LDWFC技術(shù)。特別地，針對有些油墨的圖案化過程中可能包含幾種激光加工技術(shù)，例如，CuO納米油墨制備柔性電路需要激光還原CuO之后再激光燒結(jié)成Cu電路圖案[48]。為了使得制造的柔性電路具有良好的特性以及導(dǎo)電電路與襯底材料更好地適應(yīng)，不同的LDWFC技術(shù)會選擇合適的激光和激光加工工藝參數(shù)，以及一些其他的輔助方法配合激光直寫一起制備柔性電路，下面僅討論現(xiàn)在主要的LDWFC技術(shù)。

激光燒結(jié)技術(shù)
激光燒結(jié)是以激光為熱源，通過激光照射將金屬納米粉末材料快速熔化并凝固形成連續(xù)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。與常規(guī)的熱燒結(jié)相比，激光燒結(jié)更適合于柔性的襯底材料，如塑性聚合物以及紙張等。如圖1(a)所示，激光燒結(jié)一般使用金屬納米油墨進行燒結(jié)，因為未燒蝕的納米油墨燒蝕閾值較低(<1Jcm&ndash;2)，避免了對柔性襯底的損壞，且燒蝕過程中產(chǎn)生的碎屑為納米級，對燒結(jié)過程后期干擾較小。在激光燒結(jié)之前通常需要將金屬納米油墨印刷到柔性襯底上，再進行干燥后通過激光燒結(jié)使油墨獲得特定的電子性能，一般是在環(huán)境溫度下進行。針對不同金屬的性質(zhì)特點，采取合適的工藝方法才能制造出性能良好的電路圖案。例如，在激光燒結(jié)Cu納米油墨時，為了避免更多的氧化，必須將燒結(jié)持續(xù)時間最小化。目前，激光燒結(jié)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于柔性電路的制造中[34]。
金屬納米顆粒油墨在燒結(jié)中大致會經(jīng)歷三個步驟:(1)蒸發(fā)溶劑；(2)通過熱分解去除分散劑和黏合材料；(3)頸部形成和晶粒長大，如圖1(b)所示。Zenou等人[20]研究了在環(huán)境條件下的Cu納米油墨激光燒結(jié)避免氧化的條件，通過Nd:YAG激光器的兩種相同波長的相干光源對Cu電路進行燒結(jié)，使用脈沖寬度為亞納秒的脈沖激光來精確定義微米級的燒結(jié)線寬，并使用最大功率為2W的連續(xù)激光負(fù)責(zé)對Cu油墨層進行干燥和燒結(jié)。當(dāng)燒結(jié)速度適當(dāng)時，大氣條件下與惰性氣體條件下幾乎沒有區(qū)別。值得一提的是，該研究使用了一種新的電阻率測量方法，通過反射率測量來描述Cu納米油墨在激光燒結(jié)過程中的動態(tài)變化，這種非接觸式測量方法對最佳工藝條件的選擇具有指導(dǎo)意義。Roy等人[49]介紹了一種微尺度選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。該技術(shù)可以實現(xiàn)微米級別的3D互連結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，有望成為芯片封裝的解決方案之一。其可以顯著增加晶體管封裝密度，減少芯片面積和功耗，實現(xiàn)最佳的芯片性能。Roy等人主要的工作是使用連續(xù)激光和脈沖激光對Cu納米油墨進行燒結(jié)，通過燒結(jié)結(jié)果對比，估算出激光器最佳的加工范圍。之后，Roy等人[24]使用中心波長為800nm，重復(fù)頻率為5kHz，脈沖持續(xù)時間為100fs的飛秒激光器，和中心波長為532nm，重復(fù)頻率為5kHz，脈沖持續(xù)時間為5&ndash;35ns的Nd:YAG激光器，以及中心波長為532nm，3W的連續(xù)激光器燒結(jié)Cu納米油墨進行全面研究和優(yōu)缺點比較，研究了激光燒結(jié)加工窗口與同層厚度和激光工藝參數(shù)的關(guān)系，更進一步提出估算脈沖激光下Cu納米油墨的最佳燒結(jié)模型，利用激光與納米顆粒的相互作用機制，得到更好的燒結(jié)和燒蝕閾值范圍，以此來研究良好燒結(jié)點的機械和電氣性能，確定燒結(jié)工藝參數(shù)與這些性能的關(guān)系。同年，Roy課題組研究人員[21]探究了連續(xù)與脈沖激光器燒結(jié)Cu納米油墨的襯底初始溫度對于激光燒結(jié)輻照度的影響，發(fā)現(xiàn)在150&deg;C&ndash;200&deg;C襯底上燒結(jié)Cu納米油墨激光輻照度比室溫下低5&ndash;17倍。
 
激光燒結(jié)技術(shù)是目前金屬納米油墨(如Au納米油墨、Ag納米油墨、Cu納米油墨等)制備柔性電路使用比較廣泛的技術(shù)。其分辨率高、光束能量集中引起局部瞬時加熱、穿透能力小，特別適合在柔性和溫度敏感聚合物上燒結(jié)出導(dǎo)電圖案。目前常用的激光器為連續(xù)激光器以及飛秒和納秒脈沖激光器，連續(xù)激光是通過光子不斷地給納米油墨提供能量，通過光熱相應(yīng)地在較短的持續(xù)時間內(nèi)使得納米油墨達(dá)到燒結(jié)和熔化閾值，使得納米油墨之間發(fā)生熔融頸縮。脈沖激光器相比于連續(xù)激光器熱影響區(qū)更小，對功率的控制要求更高，但是短脈沖激光器燒結(jié)納米顆粒會出現(xiàn)納米顆粒堆疊現(xiàn)象。另外脈沖激光與連續(xù)激光對納米顆粒的作用機制不同，脈沖激光燒結(jié)納米油墨往往與曝光時間無關(guān)，特別是著有&ldquo;冷加工&rdquo;的飛秒脈沖激光，其單個脈沖的能量對燒結(jié)特性的影響幾乎可以忽略，但通過高頻的脈沖不斷地作用在納米油墨上，細(xì)微的能量來不及擴散并不斷累積，使得納米油墨發(fā)生熱量的非線性吸收，造成顆粒尖端發(fā)生熔融頸縮，這樣對于柔性基材的損傷會特別小。因此，脈沖激光在柔性電路的制造中有著非常好的發(fā)展前景。
 
激光還原技術(shù)
 
激光還原常運用在金屬氧化物或非金屬氧化物納米油墨制備柔性電路中，常見的油墨材料有GO，CuO，Cu2O，NiO及一些復(fù)合油墨等，以下主要討論激光還原GO以及CuO。激光還原GO帶動了石墨烯基的柔性電子產(chǎn)品的發(fā)展，是目前實驗室制備石墨烯的最佳方法之一，在大氣常溫條件下，還原程度可控且高效。激光還原GO原理一般可分為兩種:光化學(xué)還原[50]和光熱還原[51]。光化學(xué)還原是當(dāng)激光照射到GO表面時，光子的能量引起的電子發(fā)生躍遷，產(chǎn)生一對可以自由移動的電子和空穴使得GO發(fā)生還原反應(yīng)；光熱還原是當(dāng)激光光子能量沒有引起電子發(fā)生躍遷，即未發(fā)生光熱還原時，隨著激光功率密度的增大，其作用區(qū)域會產(chǎn)生高溫使得GO發(fā)生還原反應(yīng)。在還原下消除了GO中的含氧基團(羥基和環(huán)氧基)，并促進電路圖案的形成和結(jié)構(gòu)化以及材料特性的改變調(diào)整。另外，CuO納米油墨的激光還原也有光熱和光化學(xué)作用，當(dāng)激光作用在CuO納米油墨上時，由于熱作用使得乙二醇脫水為乙醛，乙醛再將CuO納米顆粒還原為Cu納米顆粒，最后Cu在激光燒結(jié)作用下重熔為Cu電路的過程。
 
現(xiàn)階段激光還原GO或者CuO可用的激光器可分為兩種，即連續(xù)激光器和脈沖激光器。脈沖激光器在柔性電路的制造中更具優(yōu)越性，因為脈沖激光熱響應(yīng)更可控，在同等條件下脈沖激光對GO還原程度會高很多。迄今為止，越來越多研究開始使用脈沖激光器制備高分辨率的導(dǎo)電圖案，最典型的為飛秒激光器，因為飛秒激光在光斑尺寸上更具優(yōu)勢，適合制造精細(xì)化的柔性電路。Zhang等人[52]證明還原態(tài)石墨烯的電阻率和電導(dǎo)率對飛秒激光器的輸出功率有很大的依賴性，并成功通過中心波長為790nm，脈沖寬度為120fs的飛秒激光還原GO制備出了石墨烯微電路，為石墨烯材料在柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。Kang等人[53]使用在空氣中高度穩(wěn)定且價格便宜的CuO納米油墨來制備導(dǎo)電Cu電路，對比了兩種類型的激光(波長為1070nm的連續(xù)波和脈沖激光)照射CuO納米油墨產(chǎn)生光熱以及光化學(xué)反應(yīng)，并直接在柔性襯底上成功制作了厚度約為10&mu;m的銅電極，其裝置示意圖和工藝流程圖如圖2所示。這是一種具有很高成本效益的方法，簡單快速、對環(huán)境友好，為未來柔性電路的更好制造提供了很好的解決方案。

激光誘導(dǎo)改性技術(shù)
 
隨著LDWFC的進步，柔性電路得到迅猛發(fā)展，應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域和場合，對柔性電路的電氣、機械性能要求也越來越高。在常規(guī)的柔性襯底上制備出性能優(yōu)良的導(dǎo)電電路，需要考慮電路與襯底的結(jié)合可靠性。常規(guī)的柔性襯底改性方法主要分為化學(xué)改性和物理改性，其中激光改性是非常具有吸引力和發(fā)展前景的方法。激光誘導(dǎo)改性具有可以實現(xiàn)柔性電路的精細(xì)化、可定制活化區(qū)域、能夠大批量改性等特點。因此許多研究人員對LDWFC在柔性襯底聚合物的加工和表面改性進行了研究，目的是為了增強電路層與柔性襯底的結(jié)合，讓電路與襯底更好地&ldquo;焊接&rdquo;在一起，提高柔性電路的機械可靠性能。激光誘導(dǎo)改性技術(shù)在柔性電路制造中主要是LIG和激光誘導(dǎo)聚合物改性輔助制造柔性電路等。LIG方法是使用激光在含有芳香族和酰亞胺官能團的聚合物上直接誘導(dǎo)出多層石墨烯和無定型碳的方法[63]，LIG工藝示意圖以及圖像如圖3(a)和(b)所示。而激光誘導(dǎo)聚合物柔性襯底改性原理性質(zhì)較為復(fù)雜，目前尚未掌握其詳細(xì)的機制，但其仍然是光熱或光化學(xué)過程，或者兩者皆有[64]。該技術(shù)最常使用的激光器主要包括CO2激光器和飛秒激光器等。每種激光器各有特點，其中CO2激光器主要是發(fā)出長波紅外激光，PI柔性襯底對該類的波長表現(xiàn)出較強的吸收能力，利用光熱過程進行誘導(dǎo)改性。飛秒激光器有著&ldquo;冷加工&rdquo;的特點，其細(xì)小的光斑和超短的脈寬，為激光誘導(dǎo)柔性襯底提供了優(yōu)異的加工精度和保護襯底不會被損壞，是激光誘導(dǎo)柔性襯底制造柔性電路的最佳選擇。

in等人[63]報告了一種在柔性聚合物薄膜上一步法LIG高導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使用波長為10。6&mu;m，脈沖持續(xù)時間為14&mu;s的CO2紅外激光、3.6W功率對PI薄膜進行寫入，紅外LIG光熱效應(yīng)產(chǎn)生的能量導(dǎo)致局部溫度高于2500&deg;C產(chǎn)生晶格振動，這些原子重新排列，芳族化合物形成石墨結(jié)構(gòu)。該報道發(fā)現(xiàn)，激光誘導(dǎo)聚合物石墨化的機理與芳香族和酰亞胺重復(fù)單元中存在的結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。目前該研究試驗了十幾種不同聚合物，包括:聚酰亞胺(PI)、聚醚型聚氨酯(PEI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等，證明了只有PI以及PEI能夠LIG出導(dǎo)電碳化結(jié)構(gòu)。Parmeggiani等人[65]報道了一種新型的聚合物復(fù)合材料，將PI粉末分散到PDMS中得到彈性的聚合物襯底。并成功使用CO2激光器在彈性襯底上LIG，利用襯底的彈性輕松地生產(chǎn)任何形狀和表面的電極結(jié)構(gòu)。該方法還可根據(jù)PI粉末的濃度調(diào)節(jié)LIG的機械和電氣性能，其中PI粉末在激光誘導(dǎo)過程中的變化示意圖如圖3(c)所示。
 
此外，激光誘導(dǎo)技術(shù)還能對柔性襯底進行改性，增加圖案化后的柔性電路的黏附性不容易被剝落，以及電氣機械性能得到了增強，是解決LDW制造柔性電路穩(wěn)定可靠性的另一種技術(shù)方法。Du等人[61]使用納米級脈沖UV激光器(波長為355nm，最大輸出功率9.5W，最大脈沖頻率為100kHz)在PI薄膜上紋理化，改變PI薄膜表面的化學(xué)性質(zhì)以及粗糙度增加了PI薄膜表面的潤濕性能，使得在PI上圖案化的導(dǎo)電電路黏附性和抗剝離性得到增強。Liu等人[11]報道了一種一步制造柔性電容器的方法，在環(huán)境溫度中通過CO2連續(xù)激光誘導(dǎo)有KOH涂層的PI薄膜同步感應(yīng)和活化3D多孔石墨烯，該方法進一步優(yōu)化和解決了在PI膜上LIG石墨烯多孔化的問題，改善了多孔石墨烯的質(zhì)量，增強了LIG后多孔石墨烯的電化學(xué)性能。制造的柔性電容器具有良好的穩(wěn)定性和出色的機械柔韌性。
 
激光誘導(dǎo)聚合物石墨化目前針對的聚合物襯底主要是PI薄膜，其柔軟、機械性能優(yōu)良、耐高溫、耐腐蝕等特性，以及在制造過程中聚合物鏈的優(yōu)先取向表現(xiàn)出明顯的各項異性，是目前制造柔性電子設(shè)備理想的柔性襯底材料。值得注意的是，激光誘導(dǎo)PI薄膜表面形成石墨烯時，需要考慮合適波長的激光，使得PI膜能快速有效地吸收激光作用于其表面的能量，致使PI內(nèi)部原子激發(fā)并生成碳化蒸汽，最后在PI膜表面形成一層LIG?？傊?，通過激光誘導(dǎo)聚合物產(chǎn)生的導(dǎo)電多孔石墨烯薄膜兼具了激光誘導(dǎo)GO的優(yōu)點，是一種理想的制造柔性電路的技術(shù)方法。
 
 
 
 
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