电子电路在科学研究和日常生活中都是必不可少的，是现代技术的基础。实现高分辨率电路的主要方法集中在两个核心策略上：其一利用计算机数控 （CNC） 加工或光刻胶蚀刻技术，通过减材制造的方法去除基板上多余的铜构建电子电路，其二利用直接打印或物理气相沉积（PVD）的方式，通过增材制造的方法构筑电子电路。然而，这些方法在构建微米级电路的时候，大量的前期投资，超净的实验室环境，昂贵的设备以及精通光刻的技术人员无一不在阻碍着该领域的进步，使得电路设计迭代缓慢以及普遍适用性低。此外，柔性电路的重要性随着时代的进步凸显的越来越大，但上述很多方法不适合制造柔性电路。
近日，四川大学冯文骞研究员团队提出了一种利用多孔聚合物骨架的局部表面能快速定制复杂电路的方法。具体而言，在嵌入炔烃基团的多孔聚合物骨架上通过无掩膜光刻的方式，进行光诱导的点击化学反应以锚定不同的巯基分子，进而产生超疏水、疏水和亲水三种状态结合的多孔聚合物骨架。通过导电油墨的“非连续去湿断裂性”在预图案化的多孔聚合物骨架的亲水区域呈现浸润状态（定义为贯穿电路），疏水区域呈现贴附状态（定义为表面电路），超疏水区域呈现拒液状态。所形成的电路具有良好的稳定性，因而该方法实现了以低成本的方式将电子电路从二维至三维的快捷构建与连接。
图1、电子电路的传统构建方法与本研究中的构建方法
通过无掩膜光刻技术在多孔聚合物骨架的特定区域调节表面能，导电高分子PEDOT：PSS根据预图案化的多孔聚合物骨架内表面能的不同，在亲水区域形成贯穿电极，疏水区域形成表面电极，完成电子电路从二维到三维的快速转变。
图2、硫醇反应性的多孔聚合物骨架MA-yne-EDMA的制备
通过光诱导的聚合物相分离的方法，构建了含有硫醇反应活性的多孔聚合物骨架MA-yne-EDMA，骨架上富含的炔烃基团通过点击化学反应与不同的硫醇分子进行反应实现表面能的调节。
图3、在预图案化的多孔聚合物骨架内原位生成PEDOT：PSS的贯穿电路
图4、在多孔聚合物骨架内集成贯穿电路与表面电路
图5、程序可控的功能电子器件的搭建
总之，通过利用光诱导的图案化多孔聚合物骨架制造了二维结构和三维结构的导电电路。多孔骨架的表面能作为PEDOT：PSS水性导电油墨的引导力，能够在精确的位置原位形成导电通路。这种简单而有效的技术可以在10分钟左右完成电路的构建，无需昂贵的设备。值得注意的是，随着电路密度的增加，贯穿电路和表面电路的无缝集成使得传统的通孔制备方法中存在的接触故障等问题迎刃而解，从而拓宽了电子电路从二维到三维的应用场景。
论文信息
Unlocking Spatial Surface Energy in Porous Skeletons: a Pathway to Bridging Electronic Circuits from 2D to 3D Architectures
Shengwei Feng, Yuanyi Zhao, Xinjian Xie, Yingxue Sun, Xiongwei Luo, Dr. Wenqian Feng
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202412146
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