柔性电子转印中的跨尺度光学对准与三维变形测量

Stretchable and flexible electronics has become the core technology and basic equipment for precision medicine based on internet and remote control due to its natural fitting on human body and good electric performance, which facilitate the integration of information and human. Transfer printing is the most important process when manufacturing stretchable and flexible electronics, but also the bottleneck of the development of stretchable and flexible electronics. In order to break the bottleneck and promote the development of stretchable and flexible electronics, some key problems should be solved necessarily, including the precision optical alignment, 3D deformation measurement of functional unit, optimization of controlling parameters, as well as detection of the effectiveness of transfer printing. Thus, this study mainly focuses on the trans-scale optical alignment and 3D deformation measurement in transfer printing, containing the trans-scale optical alignment method for precision control of transfer printing, the binocular measurement system and global feature point matching method for detecting the 3D deformation of functional unit, the criterion to determine the effectiveness of transfer printing as well as the method and mechanism for selecting and optimizing control parameters.

可延展柔性电子以其能够与人体自然贴合、电学性能优良等优势促进了信息与人的融合，是基于互联网远程精准医疗的关键技术和支撑设备。转印是其生产、制造的最重要的环节，也是可延展柔性电子发展的瓶颈。为了打破瓶颈、推动可延展柔性电子的快速发展，迫切需要解决转印中的关键性问题，包括精确对准、功能单元三维变形检测、转印控制参数优化和有效转印检测等。基于此，本项目主要研究用于转印的跨视域多尺度光学对准和三维变形测量方法，主要包括：用于精确控制转印的跨视域多尺度光学对准方法；用于检测功能单元三维变形的单相机双目测量系统及全局特征点匹配方法；用于转印有效性判定的准则、转印控制参数的选取及优化机理和方法。

转印是可延展柔性电子生产、制造的最重要的环节，包括功能单元从无机半导体衬底上剥离以及功能单元向柔性高分子承印衬底上印制两个步骤。目前实验室中低下的转印成功率却是制约着可延展柔性电子发展的瓶颈问题，具体表现在转印过程缺乏精准的光学对准理论、转印过程缺乏有效的力学性能检测手段、以及缺乏高效的转印参数控制方法。因此，要想精准地实现转印过程以及对转印效果的高精度检测，应发展高精度的光学测量方法来满足功能单元在软印章以及柔性承印衬底上的精确定位需求、发展适用于转印工艺的三维变形测量系统，最终基于此，改进现有转印方法甚至提出更符合高效生产要求的转印方法。.本研究首先发展了一种高精度的光学测量方法，为实现转印过程的精确对准提供了前提条件；进而基于单相机双目成像技术以及提出的光学测量方法发展了高精度三维变形测量原理；最终，提出一种高效的转印方法。项目研究的主要成果包括：.1) 发展了考虑变形场二阶时间连续性的时间序列数字图像相关方法，提高了图像位移场测量分辨率；.2) 搭建了基于双棱镜分光特性的单相机双目成像系统，结合发展的二阶时间连续性方法，实现三维变形的高精度测量；.3) 基于多级微纳米结构的粘附调控能力以及形状记忆聚合物，发展了一种新的转印方法。.本项目研究中发展的考虑二阶时间连续的数字图像相关方法以及搭建的三维变形测量系统对于提高柔性电子领域中的变形测量精度具有重要意义。特别地，本研究提出的变形场高阶时间连续性的思想，对于提高其它光学测量方法（如标记点法）测量精度具有重要的借鉴意义。此外，本项目发展的新型转印方法对可延展柔性电子器件的发展具有重要的推动作用。