一、转印技术概述

1.发展背景

　　柔性和可拉伸无机电子产品的发展，消除了平面、刚性、脆性设计约束，从而诞生了诸多新应用，如图1

（a)为将SI-CMOS电路转移到PDMS基板上；（b）为基于可压缩硅光电的半球形电子眼摄像机、（C）多功能生物相容界面的球塞导管，用于心心电生理检测和；（d）超薄保形生物集成神经电极阵列转印在可溶解的丝绸基材上；（e）多功能表皮电子系统、（f）GaInP/GaAs 异质双极阵列晶体管转印到可生物降解的纤维纳米基质上，并包裹在3mm树枝上（g）可弯曲的光伏模块，用于太阳能电池制备（h）μLED转印到PDMS衬底上，并在铅笔尖头上紧密拉伸、（i）转印到薄板上的蓝色LED

图1 通过转印实现的柔性和可拉伸无机电子设备

2. 转移技术的基本原理——粘合调制

转印一般会使用到柔软的弹性印章，可调节供体基板之间的微型设备（通常称为墨水）以及第二个接收器基板，如图2所示

图2 转印操作过程和原理

a 1）在供体上准备墨水基板以可释放的方式。（2）回收过程：使用弹性体印章来回收墨水。（3）印刷工艺：印刷油墨到接收器基板上。

b 印模/油墨/基材结构中的两个界面。 c 粘附强度受外部刺激调节，显示高（ON）和低（OFF）粘附状态，

　　转印过程属于断裂力学范畴，其中涉及具有两个界面（印章/油墨和油墨/底物界面）的三层系统（印章/油墨/基材），转印的产量关键取决于转换能力，即强状态和弱状态之间的粘附以进行拾取和印刷。转印取决于印章/墨水/之间的竞争性断裂，而墨水与基材界面关系决定了是拾取还是打印。拾取过程中，图章/墨水界面应比墨水/基材界面强，以便图章可以吸附墨水。打印过程中，印章/墨水界面应弱于墨水/基材界面，以便可以从印章上释放墨水。

　　通常，墨水与基材的粘附性被视为常数，因而转印的关键取决于墨水与印章的粘附能力。

图2 C 反映了转印的基本原理：油墨/基材界面的粘合强度保持恒定（红色线），通过改变印章与油墨的粘合强度实现转印——粘合强度强，则为拾取，粘合强度弱则为印刷。

　　而印章与油墨的粘合强度可通过外部调制，如剥离速度、横向运动等。

　　粘附转换性（adhesion switchability），即最大粘合强度到最小粘合强度范围值，可用于评估粘合力调制性能。

3.不同种类的转印技术其基本概念和基本原理

根据上节2所述原理，转印技术可分为表面化学和胶粘合转印（surface chemistry and glue assisted transfer printing ）、动力学控制转印（ kinetically controlled transfer printing）激光驱动非接触转印（laser-driven non-contact transfer printing）仿壁虎表面辅助特定转印（ geckoinspired transfer printing）仿蚜虫转印技术（ aphidinspired transfer printing）。

（1）表面化学和胶粘合转印

　　1）为增强转印的可靠性，一般通过表面化学处理或使用胶水改变界面粘合强度。

　　拾取所需的图章/油墨强附着力是通过轻微氧化的PDMS压模表面和通过缩合反应涂布在目标油墨上的SiO ₂薄膜之间的 Si-O-Si 化学键实现；

　　印刷则通过涂一层薄薄的胶水来增强界面粘合，通常发生在液体/未固化状态、部分固化状态、或处于低模量的状态。未固化或部分固化的胶是通过加热进一步固化或紫外线曝光至能够增强油墨与接收器基材之间的粘合力的状态。

　　尽管表面化学和胶水可以增强拾取的可靠性和印刷化学品的密度，但密度和化学结合物必须经过精心设计，以便成功转移印章中的墨水。而且，为增强印章/油墨附着力而增加的额外的SiO₂薄膜涂层会使工艺复杂化，还可能会导致频繁更换印章，转印后SiO ₂层的化学反应与印章上的胶水污染。

　　2）供体基材的表面处理也是关键因素。

　　一些材料与供体基材很强的附着力，因而进行适当的表面处理例如自组装的单分子膜以减弱油墨与供体基材之间的附着力。例如，在转移印刷胶体量子点的情况下，纳米颗粒与底物之间的相互作用应处于有效转移打印的适当范围内，并且需要特定的表面处理（例如，十八烷基三甲糖基的涂层车道自组装单层通常是在施主基板上的纳米粒子涂层溶液。