彎液面限域電化學直寫機制研究取得進展

高質量金屬微納米線陣列在微執行器、微感測器以及透明導電方面有著重要應用，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等方面還存在很大的不足。

研究團隊在研究的過程中發現了控制動態掃描和沉積過程的新機制，完整的動態電沉積過程由彎液面表面及內部的傳質過程和遵守法拉第電解定律的局域電沉積過程協同作用實現。其中，彎液面表面和內部的傳質過程還包括複雜的溶劑揮發誘導離子遷移 jw 和表面張力梯度作用下的反向 Marangoni 流 jp ，如圖1所示。通過理論分析和實驗驗證，團隊成員獲得了控制沉積結構尺寸和形貌的數學模型。

與此同時，研究人員發現，在不同基底上動態電浸潤過程與常規的浸潤性呈相反趨勢，如圖2所示。由於動態電浸潤作用，疏水性的金基底沉積線寬明顯高於親水性的玻璃基底。該浸潤性也明顯影響圖1所示的「咖啡環」效應。特別是在較高列印速率下，由於咖啡環效應的發生，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串珠狀結構。

通過橫向 MCED 直寫製備的銅微米線具有納米晶結構，具有超高導電率（15700S/cm），遠優於通過傳統方法如 FIB-CVD 或靜電紡絲等製備的金屬線。基於其優良性能，研究人員將製備的銅微米線用作連接線穩定驅動 LED 燈，開發了橫豎向相結合的三維風速感測器演示器件，如圖3所示。

相關工作已在國際期刊上發表（J. Phys. Chem. Lett.2018, 9, 2380-2387；Nanoscale2017, 9, 12524-12532）。上述研究工作得到國家自然基金委（No.11574331&11674335）、寧波市科技局（No.2016B10005&2015B11002）等的支持。

圖1 電場驅動動態沉積（彎液面穩定）機制

圖2 動態電浸潤測試原理圖及在不同基底上的動態接觸角

圖3 銅微米線的電性能及其應用

來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所

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