3D打印网-中国3D打印行业门户移动版

主页 > 3D打印材料 > 新材料 >

ACS Nano:可3D打印可重复书写液态金属水凝胶

     导读:具有机械柔韧性和可变形的电气接口对于柔性电子产品至关重要,这其中液态金属是一个非常有潜力的材料。在这篇ACS Nano报道中,来自韩国的研究人员展示了一种可重复书写的液态金属水凝胶,可通过光固化的方式成形。
    近期韩国延世大学Min Koo团队发表在ACS Nano杂志上题为“Rewritable, Printable Conducting Liquid Metal Hydrogel”的文章,报导了一种具有机械柔性、可印刷、可重写电导体的液态金属水凝胶(LMH)。LMH是具有垂直相分离的EGaIn颗粒的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)在紫外光照射下凝胶化形成的。EGaIn颗粒聚集表面上的受控摩擦力可去除覆盖在表面上的PEGDA,然后破坏划痕区域中颗粒的天然氧化物层,从而形成导电电路。当LMH水合并溶胀时,可通过表面重构将书写电路轻松擦除,形成带有天然氧化物层的EGaIn颗粒。随后,再次在复位LMH上的摩擦写入来开发另一个电路,从而使系统可重写。

图1  LMH的制备过程与表征

     通过控制刮擦摩擦力或改变金属圆柱体的尺寸,很容易制造出具有各种线宽的导电电路线。当表面摩擦力大于约320μN时,LMH的电阻在对数刻度上突然下降,从而产生电导率,表明宏观渗透金属液体通路导通。在施加表面摩擦力的同时,LMH的微观结构表明液态金属平滑导电线路的发展机理。

图2  LMH上摩擦烧结电路

由于水能够使LMH的表面膨胀和溶胀而引起的表面重建,很容易消除LMH上的摩擦感应电路。当将水施加到具有书面电路的LMH时,由于PEGDA的水合作用,LMH的整个表面都溶胀了,使表面上的电路消失了,并且该表面完全被含PEGDA的水覆盖。当水被干燥时,LMH被去溶胀,重建的表面具有浅灰色,类似于初始表面的颜色。显然,薄膜变得不导电。LMH在水中的溶胀程度根据以下公式进行定量:溶胀比(%)=(Ws-Wd)/ Wd×100,其中Ws和Wd是溶胀和干燥状态下LMH的重量。写入电路的电阻随溶胀率而增加,并以约4%的溶胀率突然增加。薄膜在10%的低溶胀率下变得不导电,在此之上,电阻几乎不变。

图3 LMH表面水擦除电路过程

如图4d和e所示,LMH还适用于基于LMH的光图案化的机械柔性3D电极。如图4d所示,在UV照射步骤中采用了薄膜型光掩模来交联LMH。当根据光掩模的形状和尺寸,在溶剂中去除未曝光的区域时,会获得各种带图案的LMH。此外,使用常规的UV光刻技术,可以实现机械坚固且灵活的3D电极,使其可用于可拉伸的电子应用。基于LMH的可重写2D和3D可印刷电路具有巨大潜力,可作为各种新兴电子应用(包括可穿戴天线,显示器和传感器)中的关键电子组件。

图4 基于LMH的可重复书写电路应用

论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.9b03405 (责任编辑:中国3D打印网)