(A)将2微米厚的聚对二甲苯衬底上的蒸发金表面暴露于水蒸气等离子体中。(二)水蒸气等离子体处理的金的结合是通过将两个衬底重叠并在环境空气中储存几秒钟到几个小时而不施加任何压力或热量来实现的。功劳:RIKEN日本RIKEN紧急事件科学中心(CEMS)和RIKEN先锋研究集群(CPR)的研究人员开发了一种技术，可以提高超薄电子产品的灵活性，例如用于可弯曲设备或服装的产品。发表在科学进展的这项研究详细介绍了使用水蒸气等离子体直接将固定在单独的超薄聚合物薄膜上的金电极粘合，而不需要粘合剂或高温。随着电子设备变得越来越小，以及对可弯曲、可穿戴和皮肤上的电子设备的需求增加，构造这些设备的传统方法变得不切实际。最大的问题之一是如何连接和集成一个设备的多个器件或部分，每个器件或部分位于单独的超薄聚合物薄膜上。传统的方法是使用粘合剂层来粘贴电极，这降低了灵活性，并且需要温度和压力，这对超薄电子器件是有害的。金属与金属铝直接焊接的传统方法是可行的，但是需要非常光滑和干净的表面，这在这类电子产品中并不常见。
由RIKEN CEMS/CPR的乔雄·萨默亚领导的研究小组开发了一种新的方法来固定这些连接，该方法不使用粘合剂、高温或高压，也不需要完全光滑或清洁的表面。事实上，这个过程在室温下不到一分钟，然后是大约12小时的等待。这项被称为水蒸气等离子体辅助键合的新技术，在金电极之间建立了稳定的键合，使用热蒸发器将金电极印刷成超薄(千分之二毫米)的聚合物薄片。
使用水蒸气等离子体，分离的超薄薄膜上的电极之间的金-金键是可能的。在这个例子中，已经安装了一个发光二极管，可以看到薄膜的耐久性——即使在拉伸和起皱后，光仍然工作。这是嵌入衣服或皮肤上的电子产品的ide al。信用:RIKEN“这是第一次展示在没有任何粘合剂的情况下制造的超薄、柔性黄金电子产品，”RIKEN CEMS/CPR的高级研究科学家福田健二郎说。“使用这种新的直接键合技术，我们能够制造柔性有机太阳能电池和有机发光二极管的集成系统。”实验表明，水蒸气等离子体辅助结合比传统的粘合剂或直接结合技术表现得更好。特别是，粘合的强度和一致性比标准的表面辅助直接粘合更好。与此同时，这种材料能更好地适应曲面，比使用标准粘合技术更耐用。
根据福田的说法，这种方法本身非常简单，这可能解释了他们为什么会偶然发现它。将金电极固定到聚合物片上后，使用机器将片的电极侧暴露于水蒸气等离子体中40秒。然后，聚合物片被压在一起，使得电极在正确的位置重叠。在室温下等待12小时后，它们就可以使用了。该系统的另一个优点是，在用水蒸气等离子体活化后，但在粘合在一起之前，薄膜可以在真空包装中储存几天。当考虑订购和分发预激活组件的可能性时，这是一个重要的实际方面。
在不同的超薄衬底上制作了一个OPV、一个有机发光二极管和五个布线膜，然后使用WVPAB进行集成。在这张照片中，集成系统被包裹在一根棍子上(半径为10毫米)。信用:RIKEN作为概念证明，该团队集成了超薄有机光伏和LED灯模块，这些模块被印刷在单独的薄膜上，并通过另外五层聚合物薄膜连接在一起。这些设备经受住了广泛的测试，包括被缠绕在棍子上，被弄皱和扭曲到极致。此外，发光二极管的功率效率没有受到处理的影响。该技术还能够将预封装的发光二极管芯片连接到柔性表面。
“我们预计这种新方法将成为下一代可穿戴电子设备的灵活布线和安装技术，可以附着在衣服和皮肤上，”福田说。“下一步是开发这项技术，用于更便宜的金属，如铜或铝。”
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