用于毫米波应用的丝网印刷、基于聚合物纳米线的可折叠电子设备
[导读]：
随着物联网(IoT)应用设备的激增，人们对以较低成本大规模制造的柔性电子产品产生了浓厚的兴趣。丝网印刷以大规模制造而闻名，然而，这种方法主要集中在印刷金属图案上。很少有人致力于高频（毫米波）电子设备的印刷基板，这需要低介电损耗以确保良好的系统效率。本文介绍了一种新型丝网印刷复合油墨，由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和陶瓷颗粒组成，通过它可以印刷具有各种厚度（低至几微米）、28GHz（第五代(5G)通信频段）的使基板适用于毫米波电子产品。基于定制银纳米线的丝网印刷油墨用于金属印刷以提供高导电性（3.4×Sm-1)和在弯曲或折叠条件下稳定的电响应。作为全印刷毫米波电子设备概念的证明，在5G频段(26.5–29.5GHz)下运行的柔性准八木天线被证明在平面和弯曲条件下都表现出不错的性能，证实了材料系统的适用性和用于大规模生产物联网和可穿戴电子产品的印刷工艺。
结合丝网印刷复合材料和金属油墨的方法可以使可折叠电子产品在工业规模上更容易、更便宜地制造。这些由KAUST开发的设备可以安装在各种支架上，包括非平面表面，并且可以实现许多物联网应用。
自动驾驶汽车的汽车雷达、智能建筑和可穿戴传感器等下一代技术将更加依赖高频毫米波频段，包括5G。迄今为止，制造可折叠电子产品的大规模制造方法主要集中在开发金属油墨和印刷导电图案上，而忽略了介电基板。
在可折叠电子设备中使用纸张和一些聚合物薄膜等基材存在一系列障碍。这些基板涉及的制造工艺对于大规模生产来说过于严格和复杂，并且无法生产多层或超薄柔性器件。它们还具有超过毫米波设备要求的介电损耗。
AtifShamim及其同事现在设计了一种复合油墨，由分散在聚合物丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)中的陶瓷颗粒组成。他们使用这种新墨水生成了极其灵活、大面积的介电基板，其横向尺寸、厚度和介电常数均可调节。他们将油墨丝网印刷到玻璃上，干燥后，简单地从支撑物上剥离基材。基材的最小厚度为几微米，可以通过连续印刷来增加。它们还表现出28GHz的低介电损耗，适用于5G天线。
研究人员在介电基板上丝网印刷了一种基于银纳米线的墨水，以构建导电图案。由于墨水中存在聚合物粘合剂，图案化薄膜在卷起或折叠成一半时保持了高且稳定的电气性能。此外，当它们并入由交替的金属图案层和介电层组成的四层电路时，它们仍保持其性能。这表明丝网印刷油墨可用于多层结构，如多层印刷电路板和汽车雷达。
为了验证概念，研究人员在电介质基板上丝网印刷了一个柔性准八木天线，以表明该设备在弯曲或折叠时在毫米波段表现良好。“我们的方法将有利于新型5G天线并加速5G的实施，”博士后WeiweiLi说。
该团队现在正在探索他们的方法在其他电子设备上的潜在应用。Li表示，这两种墨水都兼容卷对卷处理，这有助于以低成本满足对可穿戴传感器的高需求。