由加热模式定义的能量路径控制形状记忆聚合物转印中的非接触释放

《Science China-Materials》：Heating-mode-defined energy pathways govern non-contact release in shape memory polymer transfer printing

　　

摘要

智能干粘附是柔性电子、微型发光二极管（LED）显示以及异质光电子集成中转移印刷技术的核心基础。基于形状记忆聚合物（SMP）的嵌入式转移印刷具有强大的拾取能力和操作灵活性，其拾取通过全局或局部加热控制实现微芯片嵌入SMP印章的过程。然而，不同的加热方式往往导致平面微芯片非接触释放可靠性存在显著差异，这一差异的机理根源尚未得到充分理解，从而限制了确定性转移印刷的发展。本文建立了一套实验与数值解析的机理框架，将拾取加热方式与应变能量路径以及SMP嵌入式转移印刷中的非接触释放可靠性联系起来。通过将系统实验与在相同激光触发释放条件下结合热-力耦合SMP本构模型的有限元模拟相结合，我们发现：局部加热在嵌入微芯片附近诱导了空间受限的模量降低和有效的应变能积累，从而实现高效的能量释放和可靠的脱离。相比之下，全局加热导致能量在SMP粘附层中弥散储存，仅有有限比例的可恢复能量可用于芯片释放。局部与弥散变形区域之间依赖于参数的转变进一步阐明了拾取过程中有效能量约束所需的条件。将LED芯片可编程转移并组装到柔性显示器件中的验证工作证明了局部加热模式的实用可行性。综合而言，这些结果建立了一个基于能量的设计框架，使SMP嵌入式转移印刷中的非接触释放变得可预测且可扩展，为柔性及微型光电子系统的可靠异质集成和产业化转化提供支持。