【程寰宇团队首次利用光脉冲转印，“瞬间”造出3D曲面可降解传感器】“我们团队的技术 ， 仅增加一步工序 ， 就可以低成本、快速、大面积、在不同曲面基底上制备高性能多功能器件 。 通过该技术所得的瞬态可降解电子还可以进一步进行化学置换反应 ， 得到铜或银的导电层 ， 以实现电子器件在 3D 自由复杂曲面的长久使用 。 ”程寰宇说 。
程寰宇从清华大学毕业后 ， 赴美国西北大学攻读硕士、博士 ， 其专注于研发可用于机器人、生物医药及能源领域的生物电子设备 。 2015 年底 ， 他来到宾夕法尼亚州立大学任教 ， 专注研究可延展柔性电子器件及其在人体上的医疗健康领域的应用 。
多年来 ， 程寰宇教授及其团队一直在寻找低成本、快速、大面积地制备高性能功能器件的方法 ， 以“颠覆”光刻工艺的制备技术 。

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图丨程寰宇（来源：受访者）
那么 ， 传统电子器件面临着怎样的挑战呢？
据了解 ， 由成熟的半导体行业中光刻工艺（Photolithography）制备而成的传统电子器件 ， 虽然精度较高 ， 但是成本昂贵、工序复杂、耗时长 。
而光刻工艺制备的过程又需要在超净间内完成 ， 其中电子束蒸镀、磁控溅镀技术等需要在高真空环境中进行 。 其制备条件要求极为严苛 ， 沉积基底无杂质无挥发性分子 ， 且只能制备二维平面薄层材料 ， 无法在 3D 复杂的自由曲面上完成 。

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图丨工作原理示意图（来源：Materials Today）
程寰宇团队研发的转印技术 ， 仅一步工序 ， 就解决了氧化锌保护膜对金属颗粒烧结过程中的干扰问题；同时 ， 将金属颗粒光烧结和纳米颗粒质量转移结合 ， 实现了在3D复杂自由曲面上快速毫秒制备可降解或传统高性能传感电路 。
该技术的实现可谓是一个“过关斩将”的过程 ， 程寰宇表示 ， 这是一个多物理场耦合问题 ， 包括光能量被纳米颗粒吸收-光能转化为热能-热能导致锌颗粒经纳米缝隙转移 ， 然后沉积烧结在 3D 曲面上的过程 。 “同时 ， 锌颗粒与目标基底表面的黏附 ， 又是一个典型的异质材料界面问题 。 ”
研究人员对于每个步骤都有不同的参数与方案 ， 然后通过管理学中的PDCA循环 ， 即Plan（计划）、Do（执行）、Check（检查） 和 Act（处理）的步骤 ， 经过大量对照与改进实验 ， 最终完善了制备工艺 。

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图丨（a）侧壁上的多功能基于银的传感电路和（b）它们的接触垫（用于外部连接）在烧杯玻璃底面上形成图案
据介绍 ， 该团队使用的氙灯是非常宽频谱的光源 ， 波长从 200 纳米到微米 ， 方便应用在多种具有不同吸收峰的微纳米材料 ， 而不用针对性地更换光源 。 此外 ， 其大规模加工制造的特性 ， 有利于直接、快速地应用在产业化 。
可用于医疗传感器、智能物联网等多领域 多功能传感电路中包括传感器及可发送和接收数据的天线模块 ， 可以将所监测到的数据进行传输交互 。 如果物联网中的组件具有传感和交互模块 ， 那便可以为智能化提供硬件平台 。
程寰宇表示 ， 该转印技术实现了高性能 3D 曲面电路制备 ， 其应用前景包括人体内可降解的植入式传感器、医疗可降解植入设备、环境绿色传感器、军用物理自破环保密、智能物联网等领域 。