Adv. Funct. Mater.：液態金屬通過相變可實現在柔性基底上印刷和變形

【引言】

隨著可穿戴電子設備的出現，在學術界和工業界都開始開發柔性、可折疊甚至可伸展的結構兼容設備。液態金屬是可伸展性和電子功能性兼具的潛在備選，只需將其連續印刷或植入到可拉伸的材料上。最近，共晶銦化鎵（EGaIn）等鎵基合金由于其相對于汞的低毒性和反應能力，受到了廣泛關注。

【成果簡介】

共晶銦化鎵（EGaIn）憑借其高流動性，高導電性和低毒性受到了關注，研究人員在可穿戴和可伸展電子設備領域對其進行了大量研究。然而，該材料具有高表面張力，伴隨著瞬時氧化，很難形成低于10μm的精細圖案。近日，韓國首爾國立大學的Sang Ken Kauh教授和西江大學的Jungchul Lee教授合作，在Advanced Functional Materials上發表了題為“Towards Sub-Microscale Liquid Metal Patterns: Cascade Phase Change Mediated Pick-n-Place Transfer of Liquid Metals Printed and Stretched over a Flexible Substrate”的文章。該工作中提出的新型制備技術，可在平面彈性基底上得到幾微米寬度共晶銦化鎵圖案。

【圖文導讀】

圖1：在可拉伸基底上通過相變間接轉移的EGaIn成形制備過程。

圖2：EGaIn印刷裝置和印刷效果介紹。

(a)用激光位移傳感器對分散針狀基底間距進行反饋控制，自定義的直接印刷EGaIn設備的3D示意圖；

(b)圖片表示EGaIn在10°傾角的Ecoflex基底上能實現連續可靠印刷；

(c)EGaIn印刷引發反饋控制的開或關；

(d)EGaIn印刷導致不同狀態；

(e)在裸露的和有0.5mm厚石蠟覆蓋的不銹鋼板上，EGaIn的接觸角；

(f)使用石蠟覆蓋不銹鋼分散針狀基底，外加距離反饋和精確壓力控制，可進行連續印刷。

圖3：可伸展的EGaIn與DI水凍結的自動選放（Pick-n-Place）轉移。

(a)可伸展EGaIn圖案與DI水凍結與非柔性基底上的自動選放（Pick-n-Place）轉移思路介紹；

(b)EGaIn在Ecoflex上實現相變間接轉移成形的一系列圖片。

圖4：EGaIn的力學和電學性能測試。

(a)連續轉移后，加載2.0應變時，EGaIn的寬度變化；

(b,c)每次轉移前后EGaIn的寬度比；

(d)EGaIn的寬度隨拉伸次數n變化情況；

(e)測得和計算的電阻率隨寬度變化情況。

圖5：相變間接轉移EGaIn的實際應用。

(a)一維拉伸傳感器處于拉伸狀態和在EGaIn四個水平和垂直方向線狀排列的二維觸覺傳感器（形成16個交點）的結構示意圖;

(b)一維拉伸傳感器的相對電阻隨外加應變的變化情況；

(c)半橋電路的電壓變化，阻值相同的兩個電阻器串聯，一個用于轉移EGaIn圖案，另一個是芯片外碳薄膜電阻；

(d)EGaIn水平和垂直方向的歸一化電阻隨外加壓力的變化情況；

(e)(x0,y0)交點處水平線（x0)方向的歸一化電阻變化回線；

(f)二維觸覺傳感器的500次循環重復操作及其(g)約8個周期后的放大結果。

【小結】

本文首次提出并闡述了一種新型的液態金屬EGaIn在平整Ecoflex表面連續線狀成形方法，該方法也可以用于其余一部分鎵基或銦基液態金屬中，只需將系統加熱到高于熔點溫度。使用結合間距反饋的優化直接印刷系統，可制備結構更為復雜的圖形。總之，上述結果為基于EGaIn的可穿戴柔性電子設備的研發開辟了一條新途徑。

文獻鏈接：Towards Sub-Microscale Liquid Metal Patterns: Cascade Phase Change Mediated Pick-n-Place Transfer of Liquid Metals Printed and Stretched over a Flexible Substrate（Adv. Funct. Mater.，2018，DOI：10.1002/adfm.201800380）

本文由材料人計算材料組Isobel供稿，材料牛整理編輯。

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