摘要：随着柔性电子技术的快速进步和发展，传统的金属膜制备和图案化技术越来越无法满足不同器件形式的加工要求。本文，南京工业大学孙会彬 等研究人员在《J Mater Chem C》期刊发表名为“Carbon black-induced edge guided-metal

1成果简介

随着柔性电子技术的快速进步和发展，传统的金属膜制备和图案化技术越来越无法满足不同器件形式的加工要求。本文，南京工业大学孙会彬 等研究人员在《J Mater Chem C》期刊发表名为“Carbon black-induced edge guided-metal lateral electrodeposition and its application in paper-based flexible electronic devices”的论文，研究提出了一种新型铜膜制备和图案化方法，命名为 “边缘导向金属横向电沉积”（EG-MLED），该方法由导电炭黑（CCB）模板诱导。这种方法的关键在于有效抑制铜离子在铜表面的沉积。通过在电镀溶液中引入非离子表面活性剂聚乙二醇 (PEG)，铜离子在 CCB 上的还原电位因 CCB 层亲水性的改善而有效降低，而铜上的还原电位则因固液界面电子传输阻力的增加而提高。

新形成的铜层充当了电子传输通道，促进了铜离子沿着已形成的铜层边缘连续沉积。我们通过对照实验、表面接触角测试、原位显微镜和扫描电镜详细研究了沉积机理。这种 EG-MLED 方法消除了传统电镀对导电基底的依赖，尤其适用于在表面结构复杂的绝缘基底上制备金属膜。我们成功地在塑料、橡胶、纤维、皮革、木块和树叶表面实现了铜膜沉积，证明了这种方法的多功能性和广泛适用性。利用这种方法制备的纸基发光二极管和光电探测器器件展示了在柔性电子领域的潜在应用。

2图文导读

图1、 (a) 电沉积金属膜的垂直生长模式（上）和横向生长模式（下）示意图。(b) EG-MLED 在 CCB 模板上制备的图案化金属膜示意图。(c) 不同基底上的 EG-LED。(d) 利用 EG-MLED 制备的纸基 LED 器件。(e) 利用 EG-MLED 制备的纸基光电探测器。

图2 、(a) 不同工作电极在含有不同成分的硫酸铜水溶液中的 CV 曲线，扫描速率为 0.01 V s-1。(b) 在不同溶液（I: H2O、II: HCl 0.04 mg mL-1、III: PEG 0.2 mg mL-1、IV: PEG 0.4 mg mL-1、V: PEG 0.8 mg mL-1）中电镀前和电镀后覆盖有图案 CCB 的铜基板的照片。(c) 显示不同溶液在 CCB 层上的接触角的图片（I：H2O；II：HCl 0.04 mg mL-1；III：PEG 0.2 mg mL-1；IV：PEG 0.4 mg mL-1；V：PEG 0.8 mg mL-1）。(d) PVC 基底在不同溶液电镀前后覆盖 CCB 层的照片（I：电镀前；II：在硫酸铜水溶液中电镀后；III：在含 0.04 mg mL-1 HCl 的硫酸铜水溶液中电镀后以及沉积金属膜的厚度分布；IV：在含 0.04 mg mL-1 HCl 和 0.4 mg mL-1 PEG 的硫酸铜水溶液中电镀后以及沉积金属膜的厚度分布）。刻度线为 5 毫米。

图3、 (a) 在不同电压下，电沉积前后覆盖有图案化 CCB 层的铜基板的照片。(b) 在不同电沉积电压下，覆盖有 CCB 的 PVC 基底上沉积的铜膜照片，以及铜膜厚度-位置分布曲线。(c) PVC 基底上覆盖不同厚度 CCB 层的电沉积铜膜的照片（由喷涂时间控制）以及铜膜厚度-位置分布曲线。

图4、 (a) 不同时间在 PVC 基底上记录的 EG-MLED 光学显微镜图像。(b) EG-MLED 薄膜生长前沿的显微照片（上图）和相应位置的局部扫描电镜图像（下图）。(c) 基于 CCB 模板的横向生长过程示意图。

图5 、不同基底（a）布、（b）棉线、（c）海绵、（d）树脂、（e）树叶、（f）纸上横向电沉积制备的金属膜的光学照片和局部显微照片。(g) 纸张和树叶上的图案化铜膜。

图6、(a) 纸基光电探测器装置制备过程不同阶段的照片。(b) 纸基光电探测器各功能层的空间位置示意图。(c) 器件在365纳米光照射下的光电流响应。

3小结

综上所述，本研究开发了一种基于金属离子电沉积制备金属薄膜的新方法，命名为EG-MLED，该方法以CCB为模板，实现了在各种材料表面快速制备图案化金属薄膜。EG-MLED 的机理在于通过在电镀溶液中引入非离子表面活性剂，改善 CCB 对溶液的润湿性，促进金属离子在CCB上的成核和沉积，从而实现金属离子的表面选择性沉积。这种 EG-MLED 方法摆脱了传统电镀对导电基底的依赖，尤其适用于在表面结构复杂的绝缘基底上制备金属膜。为了证明这种方法的实用价值，我们已经实现了LED和光电探测器设备，显示出良好的性能和高度的灵活性。这表明新方法能够快速制造功能性消费电子产品，尤其是在非传统基底上制造的设备。简单快速的操作使在家中制作个人柔性电子设计成为可能，在未来可广泛应用于各种场景。

文献:

来源：材料分析与应用

来源：石墨烯联盟