紙基電子制造技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

張勇霞

紙基電子制造技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

張勇霞

（青島理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，山東 青島 266520）

隨著柔性電子產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，在柔性顯示、傳感器、光伏電池、OLEDs、電子標(biāo)簽和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域有著巨大的產(chǎn)業(yè)需求。紙作為性能優(yōu)異的綠色環(huán)?；脑谏钪芯哂袕V泛的應(yīng)用，紙基電子因其可生物降解、耐彎折等特性應(yīng)用于柔性電子產(chǎn)品也逐漸發(fā)揮重要作用。紙基為柔性電子產(chǎn)品耐彎曲、低成本、可降解和批量化制造提供了新的解決方案。本文報(bào)告了紙基電子的起源及其發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了紙基電子現(xiàn)有制造技術(shù)及其特點(diǎn)，分析了紙基電子現(xiàn)有制造技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)性問(wèn)題，并探討了紙基電子應(yīng)用前景和發(fā)展方向及趨勢(shì)。為紙基電子進(jìn)一步的科學(xué)研究和工程化應(yīng)用提供一定參考和借鑒作用。

柔性電子；紙；紙基電子；制造技術(shù)

柔性電子因其優(yōu)異的彎折性能、簡(jiǎn)易低成本的制造技術(shù)以及優(yōu)良的性能而被廣泛應(yīng)用于電子市場(chǎng)，例如柔性顯示屏[1-2]、傳感器[3-6]、光伏電池[7-8]、有機(jī)發(fā)光二極管（Organic light-emitting diodes，OLEDs）[9-10]、射頻識(shí)別電子標(biāo)簽[11-13]以及可穿戴電子設(shè)備[14]等。與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品相比，柔性電子產(chǎn)品具有可彎曲、可卷、易于成形和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)塑料[15]（PET、PI、PN等）是目前柔性電子最常用的基材，雖然具有高平滑度、彎折性以及高性能的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在易氧化、在自然環(huán)境下難以降解的難題，隨著“限塑令”的頒布，難以符合當(dāng)今綠色、環(huán)保的環(huán)境主題。

紙作為2000年前發(fā)明的最古老的柔性產(chǎn)品之一，至今仍被用于信息記錄和包裝，是理想的低成本、綠色環(huán)保柔性基材[16]。如今，“紙基電子”[17]成為柔性電子領(lǐng)域的新型技術(shù)，此類(lèi)基材通過(guò)改善可彎曲性，擴(kuò)展集成可能性，減輕重量和降低成本，可生物降解，并且通過(guò)卷對(duì)卷生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，愈發(fā)受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注[18-24]，并為可穿戴和便攜式電子系統(tǒng)做出了重大貢獻(xiàn)，如圖1所示，這些好處來(lái)源于紙張的自然屬性和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多制造方法在紙質(zhì)基材表面進(jìn)行電路或器件的研究，為紙基電子的發(fā)展開(kāi)拓了道路。

1 基于紙質(zhì)基材的制造技術(shù)

在紙上印刷電子產(chǎn)品可追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)西屋電氣（Westinghouse Electric）的布羅迪（Brody）和佩奇（Page）在一個(gè)真空室里用模板在紙上印刷無(wú)機(jī)薄膜晶體管（TFTs）[25-26]。目前在柔性基材上沉積溶液可處理油墨的技術(shù)包括凹版印刷、膠版印刷、柔性印刷、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、微接觸和轉(zhuǎn)移印刷等，各種方法制備的紙基電路其性能和應(yīng)用也有所區(qū)別。表1給出了目前制備紙基電子制造技術(shù)各種參數(shù)的對(duì)比。

圖1 基于紙的柔性電子器件的特性和不同的器件及應(yīng)用

表1 紙基電子制造技術(shù)

1.1 絲網(wǎng)印刷

絲網(wǎng)印刷因其成本低、批量生產(chǎn)能力強(qiáng)，成為印刷工藝中最常用的一種工藝，其工作原理是將油墨通過(guò)絲網(wǎng)印刷版面帶上的網(wǎng)孔，使用刮板給予外力使其滲入到基材表面，如圖2所示，適用于大面積、大批量印刷電子的生產(chǎn)。

劉靜萍等[27]通過(guò)絲網(wǎng)印刷、鉆孔和填充技術(shù)復(fù)合工藝在紙上進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造了紙基多層印刷電路板（Paper-based Multilayer Printed Circuit Boards，P-PCBs），并與現(xiàn)有傳統(tǒng)有機(jī)印刷電路板（Organic Printed Circuit Boards，O-PCBs）進(jìn)行生命周期評(píng)估研究，結(jié)果表明P-PCBs對(duì)環(huán)境的影響比O-PCBs低兩級(jí)左右，展示了P-PCB在綠色電子領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì)，符合未來(lái)電子產(chǎn)品生態(tài)化和可持續(xù)性的發(fā)展趨勢(shì)。

Teepoo S等[28]采用絲網(wǎng)印刷工藝，將濃度為9% w/v的聚乳酸疏水材料印刷在色譜紙表面，直接制備了寬為3 mm、長(zhǎng)為5 mm的微流控通道，并經(jīng)過(guò)后處理得到微流控紙基分析器件（uPADs），用于食品樣品的離子檢測(cè)。

Kim等[29]將納米金顆粒（AuNP）以1:7的比例與粘性油墨（羧甲基纖維素鈉，CMC）混合，作為導(dǎo)電油墨，采用絲網(wǎng)印刷工藝在1級(jí)色譜紙表面制備了一種用于生物檢測(cè)平臺(tái)。

圖2 絲網(wǎng)印刷工藝原理

1.2 柔版印刷

柔版印刷與凹版印刷相似，但是圖案是在圓筒上凸起而不是凹進(jìn)去的，印刷滾筒是由柔性材料制成的，印刷時(shí)印刷輥的凸面與由均勻分布的小雕刻單元組成的覆蓋油墨的網(wǎng)紋滾筒表面接觸時(shí)上墨，然后轉(zhuǎn)移到基材表面完成印刷，工作原理如圖3所示。作為網(wǎng)紋輥的一種替代方法，也可使用腔室式刮刀將油墨轉(zhuǎn)移到墨輥凸起的圖案上，從而減少油墨中溶劑的蒸發(fā)。柔版印刷可實(shí)現(xiàn)40～80 μm之間的印刷分辨率和5～180 m/min的印刷速度。

圖3 柔版印刷工作原理

Kattumenu R等[30]用銀片狀導(dǎo)電油墨采用柔版印刷工藝在紙質(zhì)基材上印刷的銀線線寬1.14 mm，邊緣粗糙度小于60 μm，在2 μm油墨膜厚下的薄層電阻率低至0.35 Ω/sq，在三種紙板上印刷銀線如圖4所示。

圖4 在P1、P2、P3三種紙板上采用柔版印刷工藝印刷的銀線

Deganello D等[31]使用含銀量＞40%的納米銀油墨，采用卷對(duì)卷柔性印刷工藝在PET基材表面印刷不同寬度、不同形狀（方形、菱形等）的網(wǎng)格圖案，并進(jìn)行電學(xué)性能分析，得到線寬為76.4 μm，厚度為0.74 μm，方阻為1.26 Ω/sq的金屬網(wǎng)格，如圖5所示，確定出適用于柔性印刷工藝的最佳網(wǎng)格格式。從圖中可以看出，印刷出的線邊緣粗糙度較差，這是由于柔版印刷過(guò)程中，印版受力變形所致。

圖5 在PET基材表面柔版印刷網(wǎng)格圖案

1.3 凹版印刷

凹版（輪轉(zhuǎn)凹版）印刷是產(chǎn)量最高的印刷工藝之一，已被用于制造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，例如天線、電容器、有機(jī)太陽(yáng)能電池、OLED、整流二極管和OFET。通過(guò)激光，化學(xué)蝕刻或機(jī)電將印刷圖案雕刻成金屬圓柱體，作為單獨(dú)的單元或凹版溝槽，可以實(shí)現(xiàn)較高印刷分辨率（30 μm）。為了實(shí)現(xiàn)良好的油墨轉(zhuǎn)移，使用了較高的印刷壓力（1～5 MPa），并且油墨應(yīng)具有10～100 mPa·s的較低粘度。凹版印刷結(jié)構(gòu)的印刷質(zhì)量可以通過(guò)調(diào)整印刷速度和壓力以及油墨，凹版滾筒電池和基材的特性來(lái)優(yōu)化。凹版印刷使用一個(gè)帶有凹版的圓筒，用刀片涂上油墨，然后滾動(dòng)到基材（承印物）上，從而轉(zhuǎn)移凹版的圖案，工作原理示意圖如圖6所示。

圖6 凹版印刷工藝原理

胡陽(yáng)等[32]將透明紅漿料、黃漿料與助劑、清漆等按照一定比例混合成水性涂料，采用凹版印刷工藝將涂料印刷到煙用內(nèi)襯紙上，通過(guò)調(diào)節(jié)印版滾筒深度、印刷壓力與印刷速度在基材上進(jìn)行著色對(duì)比，當(dāng)滾筒深度為30 μm，印刷壓力為3.5 MPa，印刷速度為1000 r/min時(shí)，得到最佳印刷效果。

M?kel? T等[33]將聚苯胺（PANI）、十二烷基苯磺酸（DBSA）、甲酸、甲苯等試劑按照比例制備出PANI-DBSA導(dǎo)電油墨，并通過(guò)凹版印刷機(jī)以100 m/min的速度在60 cm寬的辦公用紙印刷出不同圖案，如圖7所示。印刷最小線寬為60 μm，PANI-DBSA導(dǎo)電油墨對(duì)紙張的滲透性為1～5 μm，導(dǎo)電率為10 S/cm。

1.4 噴墨打印

在許多印刷方法中，噴墨打印作為具有全數(shù)字控制過(guò)程的非接觸印刷技術(shù)，不需要制版并且具有簡(jiǎn)單的過(guò)程。在紙質(zhì)基材表面可使用的噴墨打印墨水溶液包括納米銀顆粒、P3HT、PEDOT:PSS、單壁碳納米管（SWCNT）、離子凝膠、紫外線固化的疏水性丙烯酸酯組合物（用于微流控紙基分析設(shè)備）[34]和含有DNA的生物墨水，以定制用于檢測(cè)細(xì)菌的紙傳感器。與其他印刷技術(shù)相比，它具有快速，高效，準(zhǔn)確，方便、使用基材范圍廣和材料利用率高的優(yōu)點(diǎn)，可以在卷軸上卷動(dòng)或卷對(duì)卷地在諸如紙的基底上進(jìn)行噴墨印刷，與逐晶片處理相比，該制造對(duì)于批量生產(chǎn)而言更具成本效益，成為通過(guò)加成法制備紙基導(dǎo)電電路的理想印刷方法。圖8顯示了使用噴墨打印機(jī)在紙基板上實(shí)現(xiàn)的不同圖案結(jié)構(gòu)和裝置的圖片。

圖7 PANI-DBSA導(dǎo)電油墨印刷不同圖案

Abutarboush H F等[35]利用噴墨打印技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)紙上使用金屬納米顆粒墨水實(shí)現(xiàn)u型槽三帶單極子天線，尺寸為12×37.3×0.44 mm，并在1.57、3.2和5 GHz的三頻段工作，測(cè)量阻抗帶寬分別為3.21%、28.1%和36%，該天線可用于覆蓋GPS、WiMAX、HiperLAN/2和WLAN。

Ji A等[36]制備出粘度為22.5 mP·s的還原氧化石墨烯導(dǎo)電油墨（RGO/CB），采用噴墨打印技術(shù)在表面光滑的相紙上打印出線寬2 mm，長(zhǎng)度10 mm，厚為3.338 μm的導(dǎo)電線路，并測(cè)出其電阻為0.1 MΩ。

Shen等[37]采用噴墨打印技術(shù)，使用納米銀顆粒導(dǎo)電墨水（粒徑為40 nm）在相紙表面進(jìn)行多層打印，經(jīng)過(guò)180℃高溫固化得到導(dǎo)電銀線，其電阻率最低達(dá)到3.7 μΩ·cm，但是經(jīng)過(guò)打印15層后，導(dǎo)電銀線線寬達(dá)到520 μm以上，線寬一致性較差且分辨率低，并且在組裝紙基LED器件時(shí)，彎折性能表現(xiàn)較差，如圖9所示。

圖8 噴墨打印技術(shù)在紙基板上實(shí)現(xiàn)的不同圖案結(jié)構(gòu)和裝置的圖片

1.5 直寫(xiě)技術(shù)

直接寫(xiě)作（簡(jiǎn)稱“直寫(xiě)”）包含了很多方法，通常成本低且簡(jiǎn)單。使用鉛筆是直接書(shū)寫(xiě)的一種形式，也是在紙上產(chǎn)生導(dǎo)電層的最簡(jiǎn)單方法。鉛筆已經(jīng)被用來(lái)制造簡(jiǎn)單的無(wú)源元件以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的有源層[38-40]。

LY XU等[41]以納米銀墨為導(dǎo)電元件，以滾軸筆為書(shū)寫(xiě)工具，制備了一種導(dǎo)電筆，在愛(ài)普生相片紙上書(shū)寫(xiě)導(dǎo)電圖案。圖10為使用不同直徑的圓珠筆筆芯在相紙表面直接書(shū)寫(xiě)出線寬300 μm～1 mm的導(dǎo)線。

圖9 相紙表面噴墨打印多層銀線

圖10 在相紙表面直寫(xiě)導(dǎo)電圖案

1.6 其他印刷技術(shù)

除以上較為經(jīng)典的紙基電子制作技術(shù)外，還有一些少量應(yīng)用于紙基襯底的制造技術(shù)：

（1）其他印刷技術(shù)例如蒸發(fā)，濺射，噴槍（或噴霧沉積）等也可適用于紙張電子產(chǎn)品。其中，噴槍能夠快速進(jìn)行原型制作，價(jià)格低廉，并且可在室溫下使用，但會(huì)產(chǎn)生較差的分辨率和脆性圖案。蒸發(fā)適用于各種金屬，包括諸如Sn或Zn之類(lèi)的廉價(jià)金屬，并且可以產(chǎn)生較厚的導(dǎo)電層，但比濺射需要更高的真空度。這三種技術(shù)證明了一組可折疊的電路和可折疊的熱致變色顯示器[42-43]。

（2）氣溶膠噴射印刷是一種新興技術(shù)：它可以通過(guò)超聲和氣動(dòng)處理將油墨霧化，從而實(shí)現(xiàn)清晰的圖案和高分辨率。Hyun等[44]使用氣溶膠噴射印刷法在玻璃紙表面沉積有機(jī)半導(dǎo)體溶液（例如P3HT），制成可折疊有機(jī)薄膜晶體管，如圖11所示。

圖11 在玻璃紙表面制備折疊薄膜晶體管

2 結(jié)論與展望

2.1 結(jié)論

上述在印刷與打印工藝雖然在紙基表面成功制備出電路或器件，但這些工藝依然具有一定的局限性。絲網(wǎng)印刷工藝是最常用的工藝之一，雖然其成本低，操作簡(jiǎn)單，但印刷分辨率很低，這是受到絲網(wǎng)掩膜的限制，因此，如何實(shí)現(xiàn)高分辨率絲網(wǎng)掩膜對(duì)提高印刷分辨率是一決定性難題，不適用于高分辨率紙基電路的制備。凹版印刷雖然在一定程度上提高了印刷分辨率，但凹版輥制造成本高，且制造工藝較為復(fù)雜，制版過(guò)程中由于有毒溶劑揮發(fā)會(huì)造成人體中毒，不適合小批量制備，在印刷過(guò)程中存在油墨轉(zhuǎn)移率低、材料浪費(fèi)等問(wèn)題，制造的結(jié)構(gòu)邊緣粗糙度較差。柔版印刷由于柔性板硬度低，印刷過(guò)程中需要較大的印刷壓力，因此會(huì)產(chǎn)生圖案擠壓變形，油墨受力擠壓在基材表面形成暈圈狀，降低分辨率；噴墨打印相對(duì)于印刷工藝的分辨率有所提高，但對(duì)于高性能紙基電路要求來(lái)講，依然存在分辨率低（＞20 μm）的問(wèn)題，并且受到打印材料粘度的限制，適合低粘度油墨打印，容易產(chǎn)生咖啡環(huán)效應(yīng)，且易堵塞噴嘴。

2.2 展望

我們可以看到近年來(lái)紙基電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著趨勢(shì)，這表明它有潛力為柔性子技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和可穿戴設(shè)備的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。隨著材料科學(xué)、制造技術(shù)和電子學(xué)在紙張性能調(diào)整方面的進(jìn)一步發(fā)展，將有可能改善結(jié)構(gòu)性能并制造出新的器件。近年來(lái)，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了電流體噴射打印[45-46]、電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射微納3D打印[47-49]等不少新興技術(shù)，為未來(lái)紙基電子的的制造提供多種技術(shù)選擇。

與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品不同，紙基電子產(chǎn)品利用的是纖維素或其混合材料，而不是傳統(tǒng)的聚合物和金屬。因此，基于紙張的電子產(chǎn)品不僅可以降低傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的成本，而且還具有靈活性、重量輕、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)。紙基電子器件的制造主要基于印刷技術(shù)和噴墨打印，但未來(lái)能夠改善基材內(nèi)部結(jié)構(gòu)的工藝將為新的應(yīng)用和電化學(xué)檢測(cè)提供好處。

[1]Li D，Lai W Y，Zhang Y Z，et al. Printable transparent conductive films for flexible electronics[J]. Advanced Materials，2018，30（10）：1704738.

[2]Yoon B，Ham D Y，Yarimaga O，et al. Inkjet printing of conjugated polymer precursors on paper substrates for colorimetric sensing and flexible electrothermochromic display.[J]. Advanced Materials，2011，23（46）：5492-5497.

[3]Lee H B，Jin W Y，Ovhal M M，et al. Flexible transparent conducting electrodes based on metal meshes for organic optoelectronic device applications: a review[J]. Journal of Materials Chemistry C，2019，7（5）：1087-1110.

[4]Huang C C，Kao Z K，Liao Y C . Flexible miniaturized nickel oxide thermistor arrays via inkjet printing technology.[J]. Acs Appl Mater Interfaces，2013，5（24）：12954-12959.

[5]Angione M D，Pilolli R，Cotrone S，et al. Carbon based materials for electronic bio-sensing[J]. Materials Today，2011，14（9）：424-433.

[6]Ma S，Ribeiro F P，Powell K，et al. Fabrication of Novel Transparent Touch Sensing Device via Drop-on-Demand Inkjet Printing Technique[J]. Acs Applied Materials & Interfaces，2015，7（39）：21628.

[7]Zhao J，Xu Z，Law M K，et al. Simulation of Crystalline Silicon Photovoltaic Cells for Wearable Applications[J]. IEEE Access，2021（9）：20868-20877.

[8]Galagan Y，Coenen E W C，Sabik S，et al. Evaluation of ink-jet printed current collecting grids and busbars for ITO-free organic solar cells[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells，2012（104）：32-38.

[9]趙紫玉，張方輝，趙會(huì)，等. 具有PEDOT: PSS/HAT-CN雙空穴注入層的高效柔性O(shè)LED器件[J]. 液晶與顯示，2020，35（2）：99-107.

[10]吳曉曉，李福山，吳薇，等. 基于石墨烯/PEDOT: PSS疊層薄膜的柔性O(shè)LED器件[J]. 發(fā)光學(xué)報(bào)，2014，4（4）：486-490.

[11]Sowade E，G?thel F，Zichner R，et al. Inkjet printing of UHF antennas on corrugated cardboards for packaging applications[J]. Applied Surface Science，2015（332）：500-506.

[12]Sanchez-Romaguera V，Wünscher S，Turki B M，et al. Inkjet printed paper based frequency selective surfaces and skin mounted RFID tags: the interrelation between silver nanoparticle ink, paper substrate and low temperature sintering technique[J]. Journal of Materials Chemistry C，2015，3（9）：2132-2140.

[13]李盛，李紅俊，佘汶荻，等. 柔性電子標(biāo)簽（RFID）在新型安防領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（6）：25-27.

[14]Hong S，Lee H，Lee J，et al. Highly stretchable and transparent metal nanowire heater for wearable electronics applications[J]. Advanced Materials，2015，27（32）：4744-4751.

[15]Zhang C J，Higgins T M，Park S H，et al. Highly flexible and transparent solid-state supercapacitors based on RuO2/PEDOT: PSS conductive ultrathin films[J]. Nano Energy，2016（28）：495-505.

[16]Li R，Zhang K，Chen G. Highly Transparent，F(xiàn)lexible and Conductive CNF/AgNW Paper for Paper Electronics[J]. Materials，2019，12（2）：322.

[17]Daniel T，Ronald O . Paper electronics[J]. Advanced Materials，2011，23（17）：1935-61.

[18]E. Sowade，F(xiàn). G?thel，R. Zichner，et al. Inkjet printing of UHF antennas on corrugated cardboards for packaging applications[J]. Applied Surface Science，2015（332）：500-506.

[19]劉漢斌，項(xiàng)華翠，李志健. 紙基柔性傳感材料及器件[C]. 中國(guó)化學(xué)會(huì)第一屆全國(guó)纖維素學(xué)術(shù)研討會(huì)，2019.

[20]Grenalynn C，Ilacas，Alexis，et al. Paper-based microfluidic devices for glucose assays employing a metal-organic framework (MOF) [J]. Analytica chimica acta，2019（1055）：74-80.

[21]Wu X，Steiner P，Raine T，et al. Hybrid Graphene/Carbon Nanofiber Wax Emulsion for Paper‐Based Electronics and Thermal Management[J]. Advanced Electronic Materials，2020，6（7）：2000232.

[22]Deng M，Liao C，Wang X，et al. A paper-based colorimetric microfluidic sensor fabricated by a novel spray painting prototyping process for iron analysis[J]. Canadian Journal of Chemistry，2019，97（5）：373-377.

[23]Deroco P B, de Fátima Giarola J, Júnior D W, et al. Paper-based electrochemical sensing devices[J]. Comprehensive Analytical Chemistry. Elsevier, 2020, 89：91-137.

[24]Lakafosis V，Rida A，Vyas R，et al. Progress Towards the First Wireless Sensor Networks Consisting of Inkjet-Printed，Paper-Based RFID-Enabled Sensor Tags[J]. Proceedings of the IEEE，2010，98（9）：1601-1609.

[25]Brody T P. The thin film transistor—A late flowering bloom[J]. IEEE Transactions on Electron Devices，1984，31（11）：1614-1628.

[26]Bacon W S. Now they’re printing transistors on paper[J]. Pop Sci，1968（193）：124-125.

[27]Liu J，Yang C，Wu H，et al. Future paper based printed circuit boards for green electronics：fabrication and life cycle assessment[J]. Energy & Environmental Science，2014，7（11）：3674-3682.

[28]Teepoo S，Arsawiset S，Chanayota P. One-Step Polylactic Acid Screen-Printing Microfluidic Paper-Based Analytical Device: Application for Simultaneous Detection of Nitrite and Nitrate in Food Samples[J]. Chemosensors，2019，7（3）：44.

[29]Kim，Wan-Sun，Shin，et al. A low-cost, monometallic, surface-enhanced Raman scattering-functionalized paper platform for spot-on bioassays[J]. Sensors & Actuators B: Chemical，2016（222）：1112-1118.

[30]Kattumenu R，Rebros M，Joyce M，et al. Effect of substrate properties on conductive traces printed with silver-based flexographic ink[J]. Nordic Pulp & Paper Research Journal，2009，24（1）：101-106.

[31]Deganello D，Cherry J A，Gethin D T，et al. Patterning of micro-scale conductive networks using reel-to-reel flexographic printing[J]. Thin Solid Films，2010，518（21）：6113-6116.

[32]胡陽(yáng)，郭志敏，張婉瑩，等. 水性色漿制備的煙用內(nèi)襯紙涂料的凹印實(shí)驗(yàn)探究[J]. 價(jià)值工程，2017，36（24）：113-115.

[33]M?kel? T，Jussila S，Vilkman M，et al. Roll-to-roll method for producing polyaniline patterns on paper[J]. Synthetic metals，2003（135）：41-42.

[34]Maejima K，Tomikawa S，Suzuki K，et al. Inkjet printing: an integrated and green chemical approach to microfluidic paper-based analytical devices[J]. Rsc Advances，2013，3（24）：9258-9263.

[35]Abutarboush H F，Shamim A . Paper-Based Inkjet-Printed Tri-Band U-Slot Monopole Antenna for Wireless Applications[J]. IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters，2012，11（4）：1234-1237.

[36]Ji A，Chen Y，Wang X，et al. Inkjet printed flexible electronics on paper substrate with reduced graphene oxide/carbon black ink[J]. Journal of Materials Science Materials in Electronics，2018，29（15）：13032-13042.

[37]Shen W，Zhang X，Huang Q，et al. Preparation of solid silver nanoparticles for inkjet printed flexible electronics with high conductivity[J]. Nanoscale，2014，6（3）：1622-1628.

[38]Thompson J E. Pencil-on-Paper Capacitors for Hand-Drawn RC Circuits and Capacitive Sensing[J]. Journal of Chemistry，2017，4（2）：1-4.

[39]Kurra N，Dutta D，Kulkarni G U. Field effect transistors and RC filters from pencil-trace on paper[J]. Physical Chemistry Chemical Physics，2013，15（21）：8367-8372.

[40]Kurra N，Kulkarni G U. Pencil-on-paper：electronic devices[J]. Lab on a Chip，2013，13（15）：2866-2873.

[41]Xu L Y，Yang G Y，Jing H Y，et al. Pressure-assisted low-temperature sintering for paper-based writing electronics[J]. Nanotechnology，2013，24（35）：355204.

[42]Siegel A C，Phillips S T，MD Dickey，et al. Foldable Printed Circuit Boards on Paper Substrates[J]. Advanced Functional Materials，2010，20（1）：28-35.

[43]Siegel A C，Phillips S T，Wiley B J，et al. Thin，lightweight，foldable thermochromic displays on paper[J]. Lab on a Chip，2009，9（19）：2775.

[44]Hyun W J，Secor E B，Rojas G A，et al. All - printed，foldable organic thin - film transistors on glassine paper[J]. Advanced Materials，2015，27（44）：7058-7064.

[45]Park J U，Hardy M，Kang S J，et al. High-resolution electrohydrodynamic jet printing[J]. Nature materials，2007，6（10）：782-789.

[46]Wei C，Qin H，Chiu C P，et al. Drop-on-demand E-jet printing of continuous interconnects with AC-pulse modulation on highly insulating substrates[J]. Journal of Manufacturing Systems，2015（37）：505-510.

[47]蘭紅波，李滌塵，盧秉恒. 微納尺度3D打印[J]. 中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)，2015，45（9）：919-940.

[48]周賀飛，蘭紅波，李紅珂，等. 基于電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射沉積微尺度3D打印制造金屬網(wǎng)柵透明電磁屏蔽玻璃的研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2019，55（15）：56-63.

[49]Zhu X，Xu Q，Li H，et al. Fabricating transparent electrodes by combined electric-field-driven fusion direct printing and the liquid bridge transfer method[J]. Journal of Physics D: Applied Physics，2019，52（24）：245103.

Research Status and Prospect of Paper Electronic Manufacturing Technology

ZHANG Yongxia

(SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering, Qingdao University of Technology, Qingdao266520, China)

With the rapid development of flexible electronics industry, there is a huge industrial demand in the fields of flexible display, sensors, photovoltaic cells, OLEDs, electronic tags and wearable devices. As a green environmental protection substrate with excellent performance, paper is widely used in daily life. Paper electronics are gradually playing an important role in the application of flexible electronic products due to their biodegradability and bending resistance. Paper substrate provides a new solution for flexible electronic products with bending resistance, low cost, biodegradability and mass manufacturing. This paper reports the origin and development status of paper electronics, describes the existing manufacturing technology of paper electronics and its characteristics, analyzes the challenges faced by the existing manufacturing technology of paper-based electronics, and discusses the application prospect, development direction and trend of paper electronics. Provide a certain reference and reference for the further scientific research and engineering application of paper-based electronics.

flexible electronics；paper； paper electronics；manufacturing technology

TG156

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.10.002

1006-0316 (2021) 10-0008-08

2021-04-01

國(guó)家自然科學(xué)基金（51775288；51805287）；山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（ZR2020ZD04）

張勇霞（1996－），女，山東東營(yíng)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)?D打印和微納制造，E-mile：zyx290929@163.com。