一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法及产品技术

本发明专利技术属于柔性表皮电子领域，并公开了一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法及产品。该方法包括：(a)制备柔性电极获得待连接的柔性电极，将待连接柔性电极置于生理盐水中移动使得待连接的两端靠近至预设范围内，在待连接的两端分别滴加吞噬物和被吞噬物，该吞噬物主动吞噬被吞噬物，在吞噬过程中使得待连接的两端逐渐靠近直至重叠，以此完成生物连接；(b)将完成生物连接的柔性电极从生理盐水中打捞出来，然后在生物连接部位涂覆激光吸收剂，采用飞秒激光进行扫描，使得生物连接部分熔化并焊接在一起，以此获得所需的大面积纳米柔性电极。通过本发明专利技术，实现大面积纳米厚柔性电极的连接，工艺简单方便。

A preparation method and product of large area nano-flexible electrode based on laser welding

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法及产品
本专利技术属于柔性表皮电子领域，更具体地，涉及一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法及产品。
技术介绍
随着人们对柔性电子器件的需求增长，器件功能需要越来越齐全和多样化。多功能器件的出现必然导致器件面积的增加，而以往的制备工艺通常很难实现大面积制造，已有的少量大面积制造工艺中，器件性能又不及小型化制造的器件，因此需要一种能够既具有小型化制造的功能质量优势，又具有大面积制造的功能数量优势的制备工艺。目前已研发出一些柔性电子器件制备工艺，例如专利号为CN201810469122.3公开了一种对柔性衬底进行改性，并在改性后的衬底上生成金属导线并连接元件的柔性电子器件制造方法；专利号为CN201710020205.X公开了一种通过形成光响应离型层，牺牲层，柔性衬底，在柔性衬底上形成电子器件并通过紫外光照射剥离光响应离型层的柔性电子器件制作方法；专利号为CN201810570994.9公开了一种通过在第一衬底上对导电电极图案化，并转印到柔性衬底上的柔性电子器件制备方法。然而这些专利提出的制备工艺存在如下其中之一或者几个缺点：；1)无法制备超薄纳米厚度的器件；2)基底的存在使得排汗散热差，影响人体舒适度；3)无法突破面积的限制，用作人体监测时覆盖范围不广；4)功能不完善，受限于面积大小，无法将各种功能的器件集成在一起；因此对于这些问题，需要提出一种基于激光焊接的大面积无基底纳米厚度的多功能柔性电子器件制备工艺。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法及产品，通过采用生物连接将待连接的柔性电极末端重叠，然后采用激光焊接将二者焊接在一起，以此实现柔性电极的连接，进而获得大面积柔性电极，由此解决超薄纳米厚的柔性电极连接的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，该方法包括下列步骤：(a)制备柔性电极获得待连接的柔性电极，将该待连接柔性电极置于生理盐水中，移动待连接柔性电极使得待连接的两端靠近至预设范围内，在所述待连接的两端分别滴加吞噬物和被吞噬物，该吞噬物主动吞噬被吞噬物，在吞噬过程中使得待连接的两端逐渐靠近直至重叠，以此完成生物连接；(b)将完成生物连接的柔性电极从所述生理盐水中取出，然后在生物连接部位涂覆激光吸收剂，采用激光对涂覆有激光吸收剂的生物连接部位进行扫描，使得该生物连接部分熔化并焊接在一起，以此获得所需的大面积纳米柔性电极。进一步优选地，在步骤(a)中，所述移动待连接柔性电极使得待连接的两端靠近至预设范围内，该预设范围优选为不大于0.5mm。进一步优选地，在步骤(a)中，所述吞噬物优选为吞噬细胞或T淋巴细胞，被吞噬物优选为酵母菌或蛋白质分子。进一步优选地，在步骤(b)中，涂覆的所述激光吸收剂的厚度为0.1μm～20μm。进一步优选地，在步骤(b)中，所述激光的脉宽优选为10fs～100fs，能量密度优选为50J/cm2～1000mJ/cm2。进一步优选地，在步骤(a)中，所述制备柔性电极优选按照下列步骤：(a1)选取基板，将清洗后的所述基板进行腐蚀处理使其表面形成纹路，提高其表面粗糙度，将腐蚀处理后的基板浸入牺牲溶液中后将其提升出来，以此在该基板上形成一层牺牲层，其中，所述牺牲层溶液溶解于生理盐水；(a2)选取掩膜板，采用激光对所述掩膜板进行图案化，使得在该掩膜板的表面形成与所需的柔性电极图案一致的图案，将该图案化的掩膜板贴附在所述牺牲层上，采用蒸镀的方式将金属镀在所述掩膜板上，去除该掩膜板，以此在所述牺牲层上形成金属薄膜；(a3)将形成金属薄膜的基板插入生理盐水中，所述牺牲层溶解于生理盐水中，使得所述金属薄膜与基板剥离，该金属薄膜即为所需的柔性电极。进一步优选地，在步骤(a1)中，将所述基板从牺牲层提升出来的速度优选为0.1mm/s～0.4mm/s，所述牺牲层的厚度优选为1μm～2μm，所述牺牲溶液优选为溶质与水或酒精按照质量比为3.5～16:100混合均匀，其中，所述溶质优选为十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基苯磺酸钠。进一步优选地，在步骤(a1)中，对所述基板进行腐蚀处理优选采用1％～5％的氢氟酸或10％～50％的氢氧化钠溶液浸泡处理1h～3h。进一步优选地，在步骤(a3)中，所述将形成金属薄膜的基板插入生理盐水中时，基板倾斜的角度为20°～70°。按照本专利技术的另一方面，提供了一种利用上述所述的制备方法获得的大面积纳米柔性电极。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过采用生物连接，避免人为微观尺度操作引起的错位及误差，实现了纳米厚度的金膜的精准定向连接，增加了连接部分的重叠率，避免了多余部分引入干扰信号而导致信号采集的精准度降低问题，同时重叠部分增强了后期激光处理部分的效果；2、本专利技术通过采用激光焊接的方式，实现纳米级别金属薄膜的的高温熔融，冷却后迅速凝固从而实现分立器件的连接，激光具有定点、精准、微创、能量密度高的特点，加热过程迅速，不会影响其他部分性能，能够在极短时间内实现金属的高温熔融；3、本专利技术通过采用在基板上先涂覆牺牲层的方式，然后在牺牲层上采用掩膜板蒸镀获得柔性电极，通过牺牲层在生理盐水中与基板的水剥离，从而漂浮在生理盐水中的柔性电极，由于柔性电极本身厚度极薄，易于损坏，采用该方式获得的柔性电极完整性好，且方法简单快捷。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的生物连接的示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的激光图案化后的掩膜板示意图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的去除掩膜板后金属层贴附于牺牲层上的示意图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的去除掩膜板后的示意图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的柔性电极与基板剥离的示意图；图6是按照本专利技术的优选实施例所构建的剥离后柔性电极在生理盐水中的示意图；图7是按照本专利技术的优选实施例所构建的将待连接的柔性电极末端靠近的示意图；图8是按照本专利技术的优选实施例所构建的生物连接后柔性电极末端的示意图；图9是按照本专利技术的优选实施例所构建的激光焊接的示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-基板，2-牺牲层，3-掩膜板，4-金属层，5-生理盐水，6-吞噬物，7-被吞噬物，8-飞秒激光器，9-弹性薄膜，10-激光吸收剂。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法及产品，具体包括步骤如下：步骤一：制备极易溶于水的牺牲层溶液。该牺牲层溶液溶质具有耐高温、极易溶于水、易蒸发等，所配制的牺牲溶液需小于饱和值。其中溶质包括但不限于的十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠，溶剂包括但不限于水和酒精，溶质与溶剂的质量之比为3.5～16:100，溶质浓度影响牺牲层厚度和涂布效果，在上述范围内能够使牺牲层溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)制备柔性电极获得待连接的柔性电极，将该待连接柔性电极置于生理盐水中，移动待连接柔性电极使得待连接的两端靠近至预设范围内，在所述待连接的两端分别滴加吞噬物和被吞噬物，该吞噬物主动吞噬被吞噬物，在吞噬过程中使得待连接的两端逐渐靠近直至重叠，以此完成生物连接；(b)将完成生物连接的柔性电极从所述生理盐水中取出，然后在生物连接部位涂覆激光吸收剂，采用激光对涂覆有激光吸收剂的生物连接部位进行扫描，使得该生物连接部分熔化并焊接在一起，以此获得所需的大面积纳米柔性电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)制备柔性电极获得待连接的柔性电极，将该待连接柔性电极置于生理盐水中，移动待连接柔性电极使得待连接的两端靠近至预设范围内，在所述待连接的两端分别滴加吞噬物和被吞噬物，该吞噬物主动吞噬被吞噬物，在吞噬过程中使得待连接的两端逐渐靠近直至重叠，以此完成生物连接；(b)将完成生物连接的柔性电极从所述生理盐水中取出，然后在生物连接部位涂覆激光吸收剂，采用激光对涂覆有激光吸收剂的生物连接部位进行扫描，使得该生物连接部分熔化并焊接在一起，以此获得所需的大面积纳米柔性电极。2.如权利要求1所述的一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述移动待连接柔性电极使得待连接的两端靠近至预设范围内，该预设范围优选为不大于0.5mm。3.如权利要求1或2所述的一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述吞噬物优选为吞噬细胞或T淋巴细胞，被吞噬物优选为酵母菌或蛋白质分子。4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，涂覆的所述激光吸收剂的厚度为0.1μm～20μm。5.如权利要求1-4任一项所述的一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述激光的脉宽优选为10fs～100fs，能量密度优选为50J/cm2～1000mJ/cm2。6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于激光焊接的大面积纳米柔性电极制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述制备柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹏飞，申曜鑫，张树昌，黄永安，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42