定域电沉积微增材制造纯铜金属微结构

发布日期：2022-07-29

研究背景

高质量数据传输、高精度信息传感和高灵敏度信号检测是实现精确感知和有效识别的重要手段。高性能芯片、太赫兹传输T/R器件、极端环境传感器制造技术已成为重要的前沿研究热点。其有效实施在很大程度上取决于核心功能器件复杂微观结构的超精密微纳制造水平。纯铜金属具有超高的导电性、导热性和高延展性，并具有低损耗的信号传输能力，是实现信息化核心功能器件的优异载体。因此，定域电沉积微增材制造技术在微纳制造领域受到了广泛关注。

内容简介

亚微米级纯铜微结构的制备为5G通信和高灵敏度检测等领域的应用提供了重要途径。复杂微小结构可以提高器件在高频传输中的性能。然而，制造这样的微结构仍然是一个挑战。为此，我们提出了定域电化学沉积微增材制造技术(LECD-μAM)。该方法将原子力探针与微流体相结合，提出了一种“原子力伺服脉冲微射流定域电沉积微增材制造”方法。遵循“单体素沉积-多体素键合-小结构形成”的研究思路和“材料-能量-信息”相互作用的制造本质规律，结合脉冲微喷射电解液加压注射(材料供应)、脉冲微喷射电解液加压注射(材料供应)、无掩膜、无支撑、长悬臂惰性金属电化学增材制造(LECD-μAM)等四项关键技术，开发了一种无掩膜、无支撑、长悬臂惰性金属电化学增材制造(LECD-μAM)方法。聚焦电致定域电化学沉积(能量补充)、原子力伺服闭环控制(信息反馈)和数字模型转换精度维护。此外，可以通过同时检测原子力探针悬臂梁的z轴位移和挠度来评估微螺旋弹簧的打印状态。结果表明:丝线长度为320.11 μm的螺旋弹簧打印时间为361 s，沉积速率为0.887 μm/s，只需调整挤压压力和施加电压即可实时改变沉积速率。采用原位纳米压头测量螺旋弹簧的力学性能。螺旋弹簧材料的剪切模量约为60.8 Gpa，远高于块状铜材料(~44.2 Gpa)。这些结果为利用led -μAM技术制作太赫兹发射器件和微螺旋天线开辟了一条新途径。

该研究工作受到国家自然科学基金项目(U19A20103)与吉林省科技发展计划资助项目(Z20190101005JH)资助。

图文导读

图1 本文研究框架图

本文的研究成果分别被EurekAlert (https://www.eurekalert.org/news-releases/96008)、Linkedin (https://www.linkedin.com/posts/yue-yao-730914191_advanced-pure-copper-3d-printing-with-sub-micron-activity 6958235569315356672WjQb?utm_source=linkedin_share&utm_medium=member_desktop_web)和Twitter (https://twitter.com/IntJExtremManuf/status/1552471850097442816)等多家知名社会媒体进行报道，并已被PHYSORG进行再次宣传。截至2022年7月27日，该文章已经分别获得17条twitter分享和56条facebook分享(https://phys.org/news/2022-07-advanced-pure-copper-3d-sub-micron.html)，已在业界引起相关学者的广泛关注。