CN209379014U - 一种纸基复合三维微/纳电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种纸基复合三维微/纳电路，采用微/纳制造、纸浆模塑和纳米导电油墨相结合的加工方式制得，三维纸基网络结构中填充导电纳米颗粒。通过多组分导电纳米颗粒填充，可获得复合材料电路。本实用新型提供的电路具有加工工艺简单、材料环保和成本低廉等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及纸基微流控芯片领域，特别是一种纸基复合三维微/纳电路。
背景技术
纸基微流控芯片是一种新型流体操纵与分析系统，借助毛细作用可实现流体的自驱动，能够在极小空间内简便地操控微/纳升级的液体，促进了便携式分析技术的发展。纸张因为具有易获取、成本低和比表面积大等特点，并且具有不借助外置设备即可输送如血液、缓冲液等流体样本和生化试剂的优势而受到广泛关注。现有纸基微流控芯片加工方法有紫外光刻、激光切割、融蜡喷印、喷墨打印、喷墨溶剂刻蚀等，加工对象多为成品滤纸，纸张的厚度、截面形状等参数难以调整。当芯片设计方案复杂时，将难以满足要求。
纸浆模塑是一种三维立体造纸技术，通过纸浆在模具内部吸附、固化而获得与模具结构匹配的纸张结构。因此，采用纸浆模塑工艺将可以获得三维复杂结构的纸基芯片。模具加工的精度和尺寸将决定纸张成型的精度和尺寸，当模具特征尺寸在微/纳米尺度时，与之匹配的成型纸基结构也将具有同样特征尺寸。另一方面，柔性基体导电材料印刷技术近年来得到快速发展，但是该技术单次印刷通常仅能获得单一导电材料（如金粉、银系导电墨、碳系导电墨等），如果要得到多组分复合电路（导线各段成分不同），需要多次更换喷头等操作。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种纸基复合三维微/纳电路，其电路的加工方法简单，材料成本环保、成本低廉。
本实用新型采用以下方案实现：一种纸基复合三维微/纳电路，包括自下至上依次设置的绝缘压力膜、纸基结构、以及热塑膜；
所述纸基结构包括纸基导线与纸基电极，所述纸基导线与纸基电极粘附在所述绝缘压力膜的上表面；
所述热塑膜覆盖在所述纸基结构除了纸基电极以外部分的顶部；
所述纸基结构内部附着有导电纳米颗粒。
进一步地，所述纸基结构的不同区域为不同组分的导电纳米颗粒。
本实用新型还提供了上文所述结构的加工方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：制作微/纳结构的开式腔体模具；
步骤S2：将调制好的纸浆由精密微注射泵（泵送流速可选数微升/分钟或更低）注入模具，使得纸浆逐层均匀吸附在模具的内表面，形成与模具形状对应的匹配湿胚纸基结构；
步骤S3：将内部含有湿胚的模具转移至烘干箱，在75 ℃烘干环境中蒸发掉湿胚中过多的水分，控制纸胚最终含水率在5-10%；
步骤S4：借助显微镜观测模具内部纸基粘附情况，对不满足要求的部分采用重复注塑纸浆的方法使其达到最终要求；
步骤S5：将导电油墨按所需位置填充到纸基各部分，待油墨干燥后，导电纳米颗粒富集附着在纸纤维中，最终形成电路；
步骤S6：在机械力作用下，将模具中固化成型的纸基网络转印至绝缘压力膜，采用热塑封方法将除电极之外的部分塑封，获得最终纸基导电电路。塑封后，电路可在普通环境中长期保持。
进一步地，所述步骤S1具体为：采用紫外光光刻技术（一般加工极限线宽1 µm）加工微米特征尺度模具；采用电子束曝光技术（加工极限线宽8 nm）加工纳米特征尺度模具。
进一步地，所述模具的材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、或光刻胶。
特别的，步骤S2中，因为PMMA或光刻胶为疏水结构，在注塑前用氧气等离子体作表面处理，用以提高纸浆在模具内的流速。
较佳的，步骤S6还包括：通过改变各部分填充的导电油墨组分，能够获得复合材料电路。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型电路的加工方法简单，材料成本环保、成本低廉。
附图说明
图1为本实用新型实施例的加工方法流程示意图。
图2为本实用新型实施例的纸基复合三维微/纳电路设计示意图。
图3为本实用新型实施例的关键工艺环节示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1至图3所示，本实施例提供了一种纸基复合三维微/纳电路，包括自下至上依次设置的绝缘压力膜、纸基结构、以及热塑膜；
所述纸基结构包括纸基导线与纸基电极，所述纸基导线与纸基电极粘附在所述绝缘压力膜的上表面；
所述热塑膜覆盖在所述纸基结构除了纸基电极以外部分的顶部；
所述纸基结构内部附着有导电纳米颗粒。
在本实施例中，所述纸基结构的不同区域可以为不同组分的导电纳米颗粒。
本实施例还提供了上文所述结构的加工方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：制作微/纳结构的开式腔体模具；
步骤S2：将调制好的纸浆由精密微注射泵（泵送流速可选数微升/分钟或更低）注入模具，使得纸浆逐层均匀吸附在模具的内表面，形成与模具形状对应的匹配湿胚纸基结构；
步骤S3：将内部含有湿胚的模具转移至烘干箱，在75 ℃烘干环境中蒸发掉湿胚中过多的水分，控制纸胚最终含水率在5-10%；
步骤S4：借助显微镜观测模具内部纸基粘附情况，对不满足要求的部分采用重复注塑纸浆的方法使其达到最终要求；
步骤S5：将导电油墨按所需位置填充到纸基各部分，待油墨干燥后，导电纳米颗粒富集附着在纸纤维中，最终形成电路；
步骤S6：在机械力作用下，将模具中固化成型的纸基网络转印至绝缘压力膜，采用热塑封方法将除电极之外的部分塑封，获得最终纸基导电电路。塑封后，电路可在普通环境中长期保持。
在本实施例中，所述步骤S1具体为：采用紫外光光刻技术（一般加工极限线宽1 µm）加工微米特征尺度模具；采用电子束曝光技术（加工极限线宽8 nm）加工纳米特征尺度模具。
在本实施例中，所述模具的材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、或光刻胶。
特别的，在本实施例中，步骤S2中，因为PMMA或光刻胶为疏水结构，在注塑前用氧气等离子体作表面处理，用以提高纸浆在模具内的流速。
较佳的，在本实施例中，步骤S6还包括：通过改变各部分填充的导电油墨组分，能够获得复合材料电路。
本实施例首次将微/纳制造、纸浆模塑和纳米导电油墨相结合，加工三维纸基网络结构中填充导电纳米颗粒，构建电路。通过多组分导电纳米颗粒填充，可获得复合材料电路。该加工工艺具有加工简单、材料环保和成本低廉等优点，是微流控技术在柔性电路的新应用。
值得一提的是，本实用新型保护的是硬件结构，至于加工方法不要求保护。以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种纸基复合三维微/纳电路，其特征在于：包括自下至上依次设置的绝缘压力膜、纸基结构、以及热塑膜；
所述纸基结构包括纸基导线与纸基电极，所述纸基导线与纸基电极粘附在所述绝缘压力膜的上表面；
所述热塑膜覆盖在所述纸基结构除了纸基电极以外部分的顶部；
所述纸基结构内部附着有导电纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种纸基复合三维微/纳电路，其特征在于：所述纸基结构的不同区域为不同组分的导电纳米颗粒。
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| CN201822076124.4U CN209379014U (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种纸基复合三维微/纳电路 |
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| CN209379014U true CN209379014U (zh) | 2019-09-13 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109395790A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-01 | 福州大学 | 一种纸基复合三维微/纳电路及其加工方法 |
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2018
- 2018-12-11 CN CN201822076124.4U patent/CN209379014U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109395790A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-01 | 福州大学 | 一种纸基复合三维微/纳电路及其加工方法 |
| CN109395790B (zh) * | 2018-12-11 | 2024-03-29 | 福州大学 | 一种纸基复合三维微/纳电路及其加工方法 |
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