如果手机和电子设备是由软材料制成的会怎么样？这将如何影响它们的功能？它们会更加耐用吗？如果医院的健康监测设备采用更柔软的组件设计，是否会使患者佩戴更加舒适？
虽然我们可能还未接近这一现实，但维吉尼亚理工大学的研究人员在开发软电子组件方面取得了显著进展。该项目由机械工程系的首席研究员和副教授迈克尔·巴特利特领导，专注于促进所有电子连接的电路。
这一创新技术最近发表在《自然电子学》上，采用液态金属微滴创建阶梯状结构，从而建立被称为通 vias 的小导电路径。与传统的钻孔硬件方法不同，这些 vias 能够在电路层之间无需钻孔形成电连接。
巴特利特表示：“这一进展使我们更接近于如先进软机器人、可穿戴技术，以及可以弯曲、扭转和拉伸同时保持高性能的电子设备等有前景的创新。”
与巴特利特合作的博士后研究员东海浩担任了该出版物的第一作者。维吉尼亚理工大学团队与来自宾夕法尼亚大学的副教授林丽和林团队的博士生陈昊合作。
该研究得到了海军研究办公室的青年研究员项目奖励和国家科学基金会的早期教职发展（CAREER）奖的支持，以及维吉尼亚理工大学的帮助。
软电子学、vias 和互连
巴特利特团队的过去研究专注于用软电子复合材料和能够导电的微小液态金属滴替代刚性组件。这个软电子学领域正在迅速发展，为设备提供了增强的耐用性。
该项目解决了围绕软电路板的挑战，特别是层叠组件之间电流传输的挑战。在电路板紧凑空间内有效管理电流流动至关重要。
传统的刚性电子产品利用成熟的方法来创建 vias，这些 vias 对于构建多层电子产品至关重要，但这些方法通常需要在电路板上钻孔，对于硬材料是有效的。在柔性材料中，孔可能会拉伸，因此需要一种新方法来控制电流。
该团队的创新方法消除了钻孔的需要，而是使用液态金属微滴创建柔性 vias 和二维互连，促进电路层之间的电连接。该过程涉及在光敏树脂内定向排列液态金属滴。通过利用紫外线曝光过程中发生的不规则性，研究人员形成了阶梯状结构，使滴能够在三维上按战略方式组装。
这种方法适应性极强，允许在各种材料中使用液态金属 vias 和互连。此外，这一制造技术可以重复多次以生成多个附加层。
将缺陷变为特征
在传统电子制造中，称为掩模边缘异常或底切的不一致性往往会造成挑战。然而，这些研究人员将这个问题转变为优势：紫外线处理区域的边缘使液态金属滴定位并形成阶梯状图案。这一定向组装使得滴能够连接上层和下层，然后完全固化以固定设计。整个过程是并行进行的，滴排列在一分钟内完成。
东海浩解释道：“通过利用这些意想不到的边缘效应，我们可以迅速制造出连接不同电路层的软导电 vias，同时保持灵活性和机械完整性。这使得这些连接可以有效地并行创建。”
巴特利特指出：“将平面和穿面电路层结合起来，可以制造出具有复杂多层设计的软、灵活电路。这一能力为新的软电子类别铺平了道路，因为它允许空间可控地并行创建多个软 vias 和互连，这对于该领域的进展至关重要。”
