研究人員展示了一種在室溫下列印金屬氧化物薄膜的技術，並利用這種技術製造出了既堅固耐用又能在高溫下工作的透明柔性電路。傳統上，要製造出對電子產品有用的金屬氧化物，需要使用專門的裝置，這些裝置速度慢、成本高、工作溫度高。

這項工作的論文共同通訊作者、北卡羅萊納州立大學化學與生物分子工程系卡米爾-德雷福斯和亨利-德雷福斯教授邁克爾-迪基（Michael Dickey）說。「我們想開發一種在室溫下製造和沉積金屬氧化物薄膜的技術，實質上就是列印金屬氧化物電路。」

金屬氧化物是幾乎所有電子裝置中都有的重要材料。大多數金屬氧化物是電絕緣的（如玻璃）。但有些金屬氧化物既導電又透明，這些氧化物對智慧型手機的觸控式螢幕或電腦的顯示器至關重要。

「原則上，金屬氧化物薄膜應該很容易製造，」Dickey 說。「畢竟，我們家中幾乎所有的金屬物品--汽水罐、不鏽鋼鍋和叉子--的表面都會自然形成金屬氧化物。雖然這些氧化物隨處可見，但它們的用途卻很有限，因為它們無法從其上形成的金屬中去除。」

在這項工作中，研究人員開發出了一種從液態金屬半月板中分離金屬氧化物的新方法。如果在一根管子中注入液體，半月板就是液體延伸到管子末端之外的彎曲表面。它之所以彎曲，是因為表面張力阻止液體完全溢出。在液態金屬的情況下，半月板表面覆蓋著一層薄薄的金屬氧化皮，它是在液態金屬與空氣接觸的地方形成的。

「我們在兩塊玻璃載玻片之間填充液態金屬，這樣就能在載玻片兩端之外形成一個小的半月板，」迪基說，「把載玻片想像成印表機，液態金屬就是墨水。然後，液態金屬的半月板就可以與表面接觸。半月板的四面都覆蓋著氧化物，類似於包裹水氣球的薄橡膠。當我們將半月板移過表面時，半月板正面和背面的金屬氧化物就會粘在表面上並剝落下來，就像蝸牛留下的痕跡一樣。當這種情況發生時，半月板上暴露的液體就會不斷形成新的氧化物，進而做到連續列印。」

其結果是，印表機列印出兩層厚度約為 4 奈米的金屬氧化物薄膜。

「值得注意的是，儘管我們使用的是液體，但沉積在基底上的金屬氧化物薄膜是固體，而且非常薄。薄膜附著在基板上，不會被弄髒或塗抹開，這對印刷電路非常重要。」

研究人員用幾種液態金屬和金屬合金展示了這種技術，每種金屬都會改變金屬氧化物薄膜的成分。研究人員還能透過印表機多次列印，鋪設出一疊疊分層薄膜。

Dickey 說：「我們發現令人驚訝的一點是，印刷薄膜是透明的，但卻具有金屬特性，例如，具有很強的導電能力。」

這項研究論文的共同通訊作者、浦項科技大學（POSTECH）材料科學與工程系教授 Unyong Jeong 說：「由於薄膜具有金屬特性，金與印刷氧化物結合在一起，這很不尋常--金通常不會粘附在氧化物上。當在這些薄膜中引入少量金時，金基本上就融入了薄膜中。這有助於防止氧化物的導電性能隨著時間的推移而退化」。

「我們認為，這些薄膜之所以具有如此高的導電性，是因為雙層薄膜的中心含有極少量的氧，它更多的是金屬，而不是氧化物。如果沒有金的存在，隨著時間的推移，更多的氧氣會進入層狀薄膜的中心，進而導致薄膜變得電絕緣。在薄膜中新增金有助於防止薄膜中心部分氧化。這種方法效果如此之好令人驚訝，因為我們只用了很少的金--氧化物薄膜的透明度仍然很高。」

此外，研究人員還發現，這些薄膜在高溫下仍能保持其導電性能。如果薄膜厚度為 4 奈米，它的導電性能可保持到近 600攝氏度。如果薄膜厚度為 12 奈米，則其導電性能至少可保持到 800 攝氏度。

研究人員還將金屬氧化物印製到聚合物上，製作出了高度柔性的電路，這些電路足夠堅固，即使被摺疊 40000 次後仍能保持其完整性。

Dickey 說：「這種薄膜還可以轉移到其他表面，比如樹葉，進而在非常規的地方製造電子器件。我們正在保護這項技術的智慧財產權，並願意與業界夥伴合作，共同探索潛在的應用領域。」

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資料來源：ScitechDaily