研究人员开发混合激光技术解决铜氧化问题

浙江大学的徐开辰教授和他的同事开发出一种新方法，利用激光技术将传感器系统直接集成到工程热塑性塑料中。他们的突破有望提高航空航天、汽车、医疗保健和交通运输等各行各业关键设备的安全性并延长其使用寿命。

这项研究发表在《国际极限制造杂志》上，介绍了一种混合激光直写技术，该技术能够在单一集成系统中创建功能性铜互连和碳基传感器。它允许长时间实时监控温度，确保最佳性能和可靠性。

浙江大学的徐课题组是一个跨学科的研究小组，致力于在常规或极端环境下可穿戴/植入监测的柔性和保形电子产品的先进制造。

“我们的研究主要包括开发创新制造技术、多功能设备以及系统级应用。基于激光与物质相互作用的原理，我们专注于制造多功能设备，主要使用混合(超快)激光加工平台，这些平台具有多任务处理功能，”该论文的通讯作者徐教授说。

传感器与工程热塑性塑料的集成可实现健康跟踪和周围刺激的感知。作为传感器系统的重要组成部分之一，铜 (Cu) 具有高导电性和成本效益，但在加工过程中和加工后容易氧化。

徐教授团队通过采用一步光热处理克服了这一障碍，形成了高度耐用的铜互连，能够在高达 170°C 的温度下抵抗长期氧化失效。

为实现这一目标，他们的方法涉及两个关键步骤：使用连续波 (CW) 激光通过光热还原和钝化 CuO 创建功能性铜 (Cu) 互连，以及使用红外 (IR) 激光从热塑性基板形成激光诱导碳 (LIC) 传感器。

该工艺可同时对铜进行还原、烧结和钝化，以增强其在高温下的抗氧化性。然后对集成传感器系统进行了耐用性和在各种环境条件下实时温度监测的性能测试。

他们的策略在航空航天、汽车、高速列车和医疗设备等各个领域具有巨大的应用潜力。该系统为长期实时监测温度和其他环境参数提供了一种轻便耐用的解决方案。

随着团队不断完善这项技术，他们正在探索扩展系统功能的方法，以整合压力、应变和湿度等参数的额外传感单元。他们的最终目标是开发先进的制造技术，使高质量的保形电子产品能够在曲面上实现，突破平面的现有限制。