鑽石舞台

柔性電子器件在醫療保健、人機交互、環境監測、人工智能和能源管理等領域有着越來越廣泛的應用。用以實現電力及信號傳輸的導電結構是電子器件的核心組成部分。近年來，「自下而上」的激光直寫技術已成為導電結構的高效製造方法之一。然而，在器件的開發、維修過程中，不可避免的需要對導電結構進行修改及重構。由於導電結構的修復、回收技術涉及到「自上而下」的減材過程，通常與包括激光直寫在內的製造技術相獨立，極大地增加了器件的開發和維護成本。因此，開發適用於導電結構的低成本、可循環激光製造技術迫在眉睫。

1. 開發了激光直寫-擦除-重/改寫技術，通過激光能量輸入的調控，可基於同種低成本液態銅離子前驅體完成導電銅結構的製造、修改及重構。

2. 該技術整合了相矛盾的增材、減材過程，可實現柔性高導電銅結構的多次重/改寫，從而可用於導電結構的高效修復及修改。

北京航空航天大學周興汶等人基於低成本的液態銅離子前驅體，通過調控激光輻照時的能量輸入，實現了高導電性銅微結構的直寫、擦除及重/改寫。研究指出，高能量激光輻照可分解前驅體中的還原劑，還原銅納米顆粒並將其原位連接為導電結構；低能量激光輻照將導致該酸性前驅體對直寫結構的電化學腐蝕，實現導電結構的去除。所提出的全激光加工技術不僅可多次構建/修改導電結構，且適用於氧化/開裂的失效結構修復，從而為電子產品的快速修復和原型設計開闢了一條新途徑。

I可擦除激光直寫的概念演示及前驅體表徵

圖1.(a) 激光直寫-擦除-重寫過程示意圖；(b) 直寫結構的選區擦除及其表徵；(c) 同一基板區域重複改寫的不同字符；(d) 前驅體的熱重分析；(e) 激光直接輻照前、後前驅體(含過量還原劑)的紫外-可見光譜。

激光直寫所得結構主要由純銅組成(圖2a)。所還原的銅納米顆粒將在激光燒結的作用下以隨機角度晶界及孿晶界互連，形成平均粒徑66 nm的緻密多晶結構(圖2b-d)。緻密的富銅結構確保了直寫結構的高導電性(電阻率與塊材銅數量級相同)。結構中僅觀察到少量的氧化物，分別為未完全還原(圖2e)及再次氧化所形成的氧化亞銅(圖2f)。

圖2.(a) 典型直寫結構的Cu LMM譜圖及形貌；典型直寫結構中(b-d) 銅及(e-f) 氧化亞銅的TEM表徵。

酸性前驅體對結構的電化學腐蝕是實現擦除的根本原因(圖3a)。加熱前驅體可有效提高直寫結構的溶解速率(圖3b)，但整體加熱並不具備選區加工能力。相比之下，利用低能量激光輻照所引起的局部溫升可實現選區擦除(圖3c)。隨着掃描次數/保溫時間的增加，直寫結構將逐漸溶解直至完全去除(圖3d-e)。

圖3.(a) 直寫結構在硝酸中的極化曲線；(b) 前驅體溫度與擦除時間的相關性；(c) 激光掃描次數與選區擦除面積百分比的相關性；(d) 激光擦除過程中結構表面的成分變化；(e) 熱擦除過程中結構表面的形貌變化。

IV直寫結構與重寫結構的電性能和穩定性比較

圖4.直寫結構與重寫結構的(a) 相對電阻、(b) 基板附着力、(c) 抗氧化性能及(d) 抗彎折性能對比；(e) 不同頻率下結構彎折時的電阻變化。

V導電結構的修復及重編程概念演示

圖5.(a) 氧化及(b) 彎折後直寫結構與重寫結構的相對電阻及形貌對比；(c) 重編程電路的等效電路示意及其對應的數碼照片。