高質量金屬微納米線陣列在微執行器、微傳感器以及透明導電方面(miàn)有著(zhe)重要應用，而現有微納加工技術如光刻、激光誘導沉積、蘸筆納米直寫技術等在金屬微納結構複雜性和物理性能(néng)等方面(miàn)還(hái)存在很大的不足。中科院甯波材料所增材制造研發(fā)團隊圍繞彎液面(miàn)限域電化學(xué)沉積（MCED, Meniscus-confined electrodeposition）工藝，系統研究了彎液面(miàn)内傳質和電化學(xué)沉積機理，開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)新型的電場驅動動态沉積技術，打破了MCED工藝隻能(néng)在導電基底上沉積線狀微結構的限制，使3D微打印微納功能(néng)器件向(xiàng)系統級加工和集成(chéng)方向(xiàng)發(fā)展。

　　研究團隊在研究的過(guò)程中發(fā)現了控制動态掃描和沉積過(guò)程的新機制，完整的動态電沉積過(guò)程由彎液面(miàn)表面(miàn)及内部的傳質過(guò)程和遵守法拉第電解定律的局域電沉積過(guò)程協同作用實現。其中，彎液面(miàn)表面(miàn)和内部的傳質過(guò)程還(hái)包括複雜的溶劑揮發(fā)誘導離子遷移jw和表面(miàn)張力梯度作用下的反向(xiàng)Marangoni流jp，如圖1所示。通過(guò)理論分析和實驗驗證，團隊成(chéng)員獲得了控制沉積結構尺寸和形貌的數學(xué)模型。

圖1 電場驅動動态沉積（彎液面(miàn)穩定）機制

　　與此同時，研究人員發(fā)現，在不同基底上動态電浸潤過(guò)程與常規的浸潤性呈相反趨勢，如圖2所示。由于動态電浸潤作用，疏水性的金基底沉積線寬明顯高于親水性的玻璃基底。該浸潤性也明顯影響圖1所示的“咖啡環”效應。特别是在較高打印速率下，由于咖啡環效應的發(fā)生，在導電基底上微米銅帶出現明顯的高度波動和滑移，而在非導電基底上則形成(chéng)串珠狀結構。

圖2 動态電浸潤測試原理圖及在不同基底上的動态接觸角

　　通過(guò)橫向(xiàng)MCED直寫制備的銅微米線具有納米晶結構，具有超高導電率（15700S/cm），遠優于通過(guò)傳統方法如FIB-CVD或靜電紡絲等制備的金屬線。基于其優良性能(néng)，研究人員將(jiāng)制備的銅微米線用作連接線穩定驅動LED燈，開(kāi)發(fā)了橫豎向(xiàng)相結合的三維風速傳感器演示器件，如圖3所示。

圖3 銅微米線的電性能(néng)及其應用

　　相關工作已在國(guó)際著名期刊（J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 2380-2387； Nanoscale 2017, 9, 12524-12532.）上發(fā)表；上述研究工作得到國(guó)家自然基金委（No.11574331&11674335），甯波市科技局（No.2016B10005&2015B11002）等的支持。

　　(納米事(shì)業部 張顯雲 郭建軍)