香港城大《AFM》：一种简易方法制作瞬态微芯片，1秒内可自毁！

微芯片在半导体和微机电系统(MEMS)产业中起着至关重要的作用，与航空航天、汽车电子、消费电子、生物医学等领域的发展密切相关。如今，随着数据安全意识的提高，对寿命可控的瞬态微芯片的需求越来越大。瞬时芯片在完成任务后，可能会通过主动或被动触发机制以消失或退化的方式失去功能。瞬变微芯片在数据安全和隐私保护方面有着广阔的应用前景。制造工艺简单、瞬变时间短是瞬变微芯片的两个重要要求。

 

来自香港城市大学的学者使用一种简易的落铸方法来制作一种基于高能薄膜和基板上的微加热器的瞬态微芯片。研究发现，基于含能薄膜的石墨烯氧化物-含能配位聚合物复合材料由于其固有的薄膜形成能力、与衬底的强结合和高能特性，在简化制备工艺和实现快速瞬态时间方面起着重要作用。氧化石墨烯(GO)的层间构型等可以显著减小含能配位聚合物的尺寸，使其尺寸达到纳米级。GO层之间的范德华力和GO与金属离子之间的配位键是形成薄膜能力的原因。此外，ECP尺寸的减小和堆积的紧凑为高能飞秒发动机优良的燃烧和加压性能奠定了基础。通过液滴实验，证实了高能薄膜与基片的强粘附性。更重要的是，制作的硅基瞬态微芯片可以在1秒内实现自毁。相关文章以“Additive-Free Energetic FilmBased on Graphene Oxide and Nanoscale Energetic Coordination Polymer for Transient Microchip”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103199

图1.纳米GO-ECP(Co)合成示意图。GO在减小ECP(Co)尺寸方面起着关键作用。

图2.a)ECP(Co)粉末的SEM图像；b)GO含量为7.5wt%的GO-ECP(Co)含能薄膜的SEM图像；c)GO含量为5wt%的GO/ECP(Co)混合物的SEM图像；d)TEM图像，i)HAADF-STEM图像和e-h)GO-ECP(Co)分散体的相应元素图谱；j)GO-ECP(Co)含能薄膜的图像。l)GO含量为7.5wt%的GO-ECP(Co)含能薄膜和GO-ECP(Co)GO-ECP(Co)高能薄膜的横观扫描电镜图像。

图3|a)0到900 eV的XPS测量光谱，b)O1s的高分辨率XPS光谱，以及c)GO和GO-Co络合物的FTIR光谱；d)ECP(Co)，GO/ECP(Co)混合物和GO-ECP(Co)高能薄膜的X射线衍射图谱.

图4.a) ECP(Co)和GO-ECP(Co)复合材料(GO含量7.5wt%GO)在Ar情况下，从60-750℃升温速率为10°C/ min时的TG和DSC曲线。b)封闭环境下压力再生实验中纯ECP(Co)，GO/ECP(Co)混合物和GO-ECP(Co)复合材料(7.5wt%GO含量)的动态压力曲线(插图是实验装置的示意图)。C)在开放环境下的燃烧实验中，纯ECP(Co)、GO/ECP(Co)混合物和GO-ECP(Co)复合材料(GO含量为7.5wt%)的燃烧顺序(插图为样品容器的示意图)

图5.a)在硅片上制备的GO含量为7.5wt%的GO-ECP(Co)高能薄膜剥离前后的照片(四个薄膜的总质量为1.5毫克)。分别从b)10 cm、c)30 cm和d)50cm的高度坠落之前和之后硅片上的高能FLM的照片。

图6.a)玻璃衬底上Au/Pt/Cr微加热器的显微照片，b)微加热器上Go-ECP(Co)含7.5wt%GO的高能薄膜(≈0.1 mg)，c)由硅片、高能薄膜和微加热器组成的瞬态微芯片，以及d)自毁后的瞬态微芯片，e)用高速相机拍摄的瞬态微芯片自毁过程的照片序列，f)微加热器在自毁过程中的典型伏安动态曲线。

本文成功地制备了具有良好成膜能力和能量特性的GO-ECP(Co)含能薄膜，并分析了GO在其结构形成中的作用和机理。本文系统地研究了不同GO含量的GO-ECP(Co)含能薄膜的放热、燃烧和压力产生特性，并与纯ECP(Co)和物理混合的GO/ECP(Co)进行了比较。结果表明，GO含量为7.5wt%的GO-ECP(Co)具有3389.9J g⁻¹的高放热量、较大的火焰面积、较高的峰值压力(3 MPa)和加压速率(40.3 MPa s⁻¹)，具有最好的综合能量性能。跌落试验证明了高能薄膜与基材之间的强结合力。更重要的是，以GO-ECP(Co)高能薄膜和Au/Pt/Cr微加热器为基础，采用简单的滴注法制备了瞬态微芯片。利用GO-ECP(Co)含能薄膜的放热反应产生的局部高压和热量，成功地实现了硅基瞬态微芯片的自破坏。发现硅片在4毫秒内被压碎。整个瞬变过程，包括微加热器的加热、高能闪光灯的点火和硅片的破碎，在1秒内完成。（文：SSC）