柔性印刷電路因環保、低成本、易實現柔性化等優勢，有望取代傳統基于光刻技術制備的電子器件。噴墨打印技術可直接實現金屬納米粒子的圖案化，是制備納米印刷電子器件最有前景的方法之一。然而，噴墨打印技術由于打印墨滴的鋪展和融合等難題限制了其在高精度、高集成度電路制備領域的應用。

　　在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中國科學院化學研究所綠色印刷重點實驗室的科研人員深入系統地研究打印墨滴與基材的相互作用，通過調控墨滴在基材表面的浸潤行為，在可控高精度打印與印刷技術領域開展了一系列廣泛而深入的研究（Adv.  Mater.  2014,  26,  6950-6958）。他們通過調控墨水、基材等材料特性，成功制備了一系列高精度圖案：利用“咖啡環”現象制備線寬可達5 μm的金屬納米粒子高精度導電圖案（Adv. Mater. 2013, 25, 6714-6718）；利用打印墨滴的三相線滑移現象打印制備高精度三維功能性圖案（Adv. Opt. Mater. 2014, 2, 34-38; Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 2237-2242）；通過磁場誘導三相線動態回縮制備了一系列形狀可控的特殊三維柱狀結構（Small 2015, 11, 1900-1904）；利用軟基材“噴墨壓印”制備了高精度的微坑及凹槽結構（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3286-3294）；通過控制納米材料在打印電極模板上可控組裝印刷制備了精度達30 nm的導電圖案（Adv. Mater. 2015, 27,3928-3933）。他們利用這些打印、印刷制備的功能性圖案實現了等離子光波傳輸（Adv. Mater. 2014, 26, 2501-2507）、高靈敏檢測（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5791-5795; Nanoscale 2015, 7, 421-425）、量子點圖案（Small 2015, 11, 1649-1654）、生物細胞分離（ACS  Appl. Mat. Interfaces 2015, 7, 9060-9065）、微流體通道（Lab on a Chip 2015, 7，1759-64）和高精度柔性電路制備（Adv. Mater. 2015, 27,3928-3933）等應用。

　　在以上研究基礎上，他們通過在可聚合液態基材上打印含有納米顆粒的導電墨水，巧妙地利用液態基材對打印墨滴的動態包裹作用，實現了高精度嵌入式導電銀線的直接制備。由于噴墨打印導電墨水粘度和表面張力的影響，實現其在另一種液體內部融合成線非常具有挑戰性。他們通過調控液態基材的流變行為和納米銀導電墨水的性質解決了這一問題，實現了液態基材對墨滴的可控包裹，有效抑制了墨滴的擴散和“咖啡環”效應（圖1）。基于此，利用噴孔孔徑為25 μm的普通商用打印機制備了線寬約1-2 μm的導電銀線，比通常的噴墨打印精度提高了約20倍。所制備的高精度電路直接嵌入在基材內部，避免了后續的封裝步驟。電學測試表明這種方法制備的嵌入式微型電纜具有優異的導電性能。他們進一步利用這種“液膜嵌入式打印”，采取逐層疊加的方式直接打印實現了多層電路的制備，達到了60 μm透明薄膜內嵌入三層電路的集成度（圖2）。

　　該工作中的“液膜嵌入式打印”是一種普適的方法，同樣適用于碳納米管、石墨烯等導電材料。對提高打印電路精度和集成度、制備超高透明嵌入式電子器件具有重要意義，并為打印制備高集成度、高精度的三維結構電路奠定了技術基礎。該研究成果發表在近日出版的Adv. Mater. 2016, 28, 1420–1426上。

圖1 嵌入式打印柔性多層電路示意圖及嵌入式電路截面照片

圖2 嵌入式打印制備的多層電路形貌圖