石墨烯技术助力柔性电子超薄薄膜制造升级

研究人员将目光投向了以卓越热学和机械性能著称的纳米材料 —— 石墨烯。韩国首尔科学技术大学的 Sumin Kang 教授带领的研究团队设计出一种全新技术，成功攻克了 LLO 工艺面临的难题。

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随着对更薄、更轻、更柔性电子设备需求的不断增长，先进制造工艺的重要性愈发凸显。聚酰亚胺（PI）薄膜因其出色的热稳定性和机械柔韧性，在可卷曲显示器、可穿戴传感器和植入式光子器件等新兴技术中广泛应用。

然而，当 PI 薄膜厚度降至 5μm 以下时，传统的激光剥离（LLO）技术往往难以胜任。机械变形、褶皱以及残留杂质等问题频繁出现，严重影响超薄设备的质量与功能，导致制造过程效率低下且成本高昂。

在此背景下，研究人员将目光投向了以卓越热学和机械性能著称的纳米材料 —— 石墨烯。韩国首尔科学技术大学的 Sumin Kang 教授带领的研究团队设计出一种全新技术，成功攻克了 LLO 工艺面临的难题。

他们创新的石墨烯增强激光剥离（GLLO）方法能够确保超薄显示器在分离过程中完好无损，为可穿戴应用提供了理想的解决方案。该研究成果已于 2024 年 9 月 27 日发表于《自然通讯》杂志。

在这项研究中，研究团队在 PI 薄膜与其玻璃载体之间引入了一层化学气相沉积生长的石墨烯，从而开发出新型的 GLLO 工艺。

Kang 教授指出：“石墨烯独特的性能，如吸收紫外线（UV）光和横向散热的能力，使我们能够干净利落地剥离薄基板，避免产生褶皱或残留杂质。”

研究人员运用 GLLO 方法成功分离了 2.9μm 厚的超薄 PI 基板，且未造成任何机械损伤或碳残留。相比之下，传统方法会使基板产生褶皱，玻璃载体也因难以清除的残留杂质而无法再次使用。这一突破对可拉伸电子设备和可穿戴设备的发展具有深远意义。

研究团队进一步展示了 GLLO 工艺的潜力，在超薄 PI 基板上制造出有机发光二极管（OLED）器件。经 GLLO 处理的 OLED 器件在电学和机械性能方面保持稳定，剥离前后的电流密度 - 电压 - 亮度特性一致，并且能够承受折叠、扭曲等极端变形而不影响功能。

此外，玻璃载体上的碳质残留物减少了 92.8%，使其可重复使用。这些研究结果表明，GLLO 是一种极具前景的制造超薄柔性电子设备的方法，能够提高效率并降低成本。

Kang 教授表示：“我们的方法让我们离这样一个未来更近一步：电子设备不仅具有柔性，还能无缝融入我们的衣物甚至皮肤，提升舒适度和功能性。” 利用该方法，可以轻松设计出提供实时监测的柔性设备、可卷曲的智能手机或能随身体运动弯曲拉伸的健身追踪器。

展望未来，研究团队计划进一步优化该工艺，重点关注彻底消除残留杂质和提高可扩展性。鉴于 GLLO 工艺有可能彻底改变电子行业，它标志着向超薄、柔性和高性能设备成为日常实用选项的未来迈出了重要一步。

更多信息可参考：Sumin Kang 等人，《用于超薄显示器的石墨烯增强激光剥离技术》，《自然通讯》（2024 年）。DOI: 10.1038/s41467-024-52661-3 。《自然通讯》杂志提供了相关研究的详细信息。

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