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国外新型激光工艺可在玻璃表面印刻金属纹样，效率提升100倍

时间：2022-06-13 20:16:09 来源： OFweek激光网

近日，来自俄罗斯圣光机大学（ITMO University）和圣彼得堡州立大学化学研究所的研究人员宣布，团队开发了一种新的激光诱导铜沉积方法，该方法可以在玻璃表面高效地印刷刻制铜质微纹样涂层，不仅速度更快而且更经济。

这种过程使用了一种商业上可用的纳秒光纤激光器，最大平均功率为20W。据悉，该方法使用了深层共晶溶剂（deep eutectic solvent），并结合了现有方法的优点，同时使打印过程更便宜，比传统方法速度快了100倍。在印制成功后，这些微纹样图案可以用于各种设备，如化学传感器、柔性电子产品和防盗系统。

电子主板和印刷电路板上覆盖着若干导电的微图案，这些微图案相互连接，并与主板的其他元件相连。图案本身可以通过光刻等方法产生。光刻是一种深度印刷技术，将图案从一个线圈转移到另一个线圈，然后电沉积。

不过，光刻过程通常比较耗时的，通常一块芯片上的图案就需要大约40个小时来打造。此外，其他方法在材料上覆盖铜层时，又往往需要昂贵的设备和大量的溶剂。总体来看，这些方法在小批量生产中都很不经济可行。

通常，直接激光书写和化学沉积会是更有效的方法。这些方法可以更快、更环保，以及更灵活地产生微观图案。然而，它们仍然需要使用昂贵的飞秒激光和有毒溶剂，而且其稳定性还会受到外部条件的破坏。

据介绍，微图案的编写通常会分几个阶段来完成。首先，研究人员清除玻璃表面的污垢、灰尘和指纹，因为任何留在表面上的残留物都会影响接下来的化学过程，以及激光和表面的相互作用。然后，采用激光诱导微等离子体技术制备表面。这个阶段需要把玻璃放在钛板上，然后用激光辐射产生的等离子体进行处理。因此，钛的燃烧产物和氧化物会以小颗粒的形式产生一种深色的铜绿，形成额外的结晶中心。这个过程改变了玻璃表面，增加了它的附着力。

接着，再把酒石酸、醋酸铜和氯化胆碱制成的深度共晶溶剂放在玻璃上。这种溶剂的组成比现有的方法更便宜、更环保，而且它还能在较高的温度下快速分解高浓度的金属盐。这对于更有效地在玻璃上用铜合成电线是必要的。同时，与有机溶剂和水基溶剂相比，深层共晶溶剂可以储存更长时间，并且用量上更为节省。

再接着，需要在溶剂润滑的表面上再加一层玻璃以去除气泡，使溶剂更均匀地扩散，并保持在加工区域内。当受到高温和激光辐射时，溶剂会变稠并引发诺亚效应（Noah Effect），使液体从玻璃中心扩散到边缘，这种设计效果被研究人员戏称为“三明治”。

最后，夹层再次受到激光辐射，在下面的玻璃上形成之前使用图形软件设计的微图案。根据研究人员目前的观察，它们可以形成任何形状。例如，圆形和线条可以用于SPE(丝网印刷电极)，或具有多种角度的复杂形状用于多功能传感器。

这种新方法可以应用于不同的领域，比如化学传感器的开发。这些装置可以对化学环境中成分的含量和体积的变化作出反应。

这种方法还可以用于制造RFID标记，常见于防盗等应用场景。由于这种新方法能够创建非常复杂的轮廓，最终就能溯源并判断出某个商品具体来自哪个品牌商店。

然而，根据研究人员的说法，这些并不是唯一的应用：“通常，有磨损图案的电子电路板会被处理掉。然而，我们的方法能够翻新它。”ITMO国际激光微米和纳米技术L的研究员叶卡捷琳娜·阿维洛娃（Ekaterina Avilova）表示。“我们也希望上述方法能够成功应用在柔性电子产品方面，因为我们的技术可以用于设计柔性屏幕或生理传感器。”

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