高通量印刷二氧化钒开关：用于柔性可重构射...

高通量印刷二氧化钒开关：用于柔性可重构射频电子器件
本文亮点
1. 水热法合成了高纯度高结晶度的二氧化钒M相微米颗粒，并制备了可用于丝网印刷的油墨。

2. 首次大面积高精度印刷得到二氧化钒开关，其开关比达到300以上，高于其他印刷的二氧化钒开关。
3. 集成二氧化钒开关的滤波器能根据温度和电流调整工作频率，并能在弯曲状态下稳定工作。

近些年来，相变材料受到越来越多的关注。二氧化钒作为一种典型的相变材料，能在多种外部刺激下进行金属态和绝缘态的可逆转变。二氧化钒有多种相态，其中，单斜晶相（M相）由于其相转变温度相对较低，尤其引人注意，在电子和光学领域应用广泛，例如智能传感器，智能热致变色窗户，场效应晶体管，存储和能源，可重构电子等。

正是由于二氧化钒M相用途广泛，目前有多种方法沉积制备二氧化钒薄膜，例如化学气相沉积，蒸镀，脉冲激光沉积，电子束沉积等，然而这些方法通常需要较高的真空度以及高温处理，不利于在柔性的塑料表面沉积。而基于印刷电子技术的液相制备方法简便，不需高温处理，而且利于批量化制备，前景广阔。目前少有的通过喷墨印刷制备二氧化钒薄膜普遍存在质量不高，开关比小，通路电阻较大等不足，而且喷墨膜层较薄，往往需要几十次甚至上百次的印刷才能得到高质量的二氧化钒薄膜，不利于高通量、大面积制备。

有鉴于此，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学集成、封装天线与电路技术实验室Atif Shamim教授课题组开发了丝网印刷用的二氧化钒油墨，并用于高效、批量制备柔性的二氧化钒开关以及射频电子器件。得益于水热法合成的高质量、高结晶度的二氧化钒M相微米颗粒，印刷制备的二氧化钒开关的开关比能达到300以上，远高于现有的印刷开关。此外集成二氧化钒开关的全印刷滤波器能根据施加的外部刺激，如热源和电流源，进行工作频段的可重构，并能在弯曲状态下正常工作。该工作为批量、低成本制作可调谐、可重构电子器件提供了一种新方法和新思路。
图文展示1：高纯度、高结晶度二氧化钒M相微米颗粒表征。

展示了水热法合成的高结晶度二氧化钒M相微米颗粒的表征：（a）X射线衍射，（b）扫描电镜图像，（c）透射电镜图像以及对应的选区电子衍射图像，（d）高分辨率透射电镜图像，（e）差示扫描量热法曲线。

图文展示2：二氧化钒油墨以及大面积印刷制备二氧化钒开关。

表征了制备的二氧化钒油墨并展示了大面积制作二氧化钒开关：（a）制备的二氧化钒油墨，（b）油墨的粘度，（c）在Kapton薄膜表面印刷的二氧化钒开关，（d）在PET薄膜表面印刷的二氧化钒开关，（e）印刷的二氧化钒线宽，（f）在2英寸蓝宝石晶片上印刷的二氧化钒（厚度约120微米）。

图文展示3：印刷制备的二氧化钒开关的电学性能表征。

对印刷制备的二氧化钒开关的电学性能进行了表征：（a）测量装置，（b）不同印刷次数的电阻，（c）开关比，（d）计算的电导率，（e）电阻随温度的变化曲线，（f）电阻随电流的变化曲线。

图文展示4：柔性以及稳定性表征。

研究了印刷制备的二氧化钒开关的力学稳定性和在空气中的稳定性：（a）归一化电阻随不同弯曲半径的变化曲线，（b）归一化电阻随不同弯曲次数的变化曲线，（c）电阻和开关比随天数的变化。

图文展示5：二氧化钒开关的射频性能表征。

对印刷制备的二氧化钒开关的射频性能进行了表征：（a）全印刷制备的二氧化钒串联开关，（b）测试装置，（c）开关的射频反射随着频率的变化，（d）开关的射频透射随着频率的变化。

图文展示6：柔性滤波器的全丝网印刷制作过程。

展示了全丝网印刷制作柔性滤波器的过程：（a）印刷制作滤波器，（b）印刷开关，（c）印刷接地层，（d）柔性滤波器。

图文展示7：全印刷柔性滤波器的射频性能表征。

研究了全印刷制作的滤波器的射频性能：（a）全印刷制作的滤波器及其局部光学图像，（b）测试装置，（c）滤波器的射频透射随着频率的变化，（d）滤波器的射频反射随着频率的变化，（e）弯曲状态下滤波器的射频性能。