ACS Nano：可3D打印可重復書寫液態(tài)金屬水凝膠

來源： EngineeringForLife

導讀：具有機械柔韌性和可變形的電氣接口對于柔性電子產(chǎn)品至關(guān)重要,，這其中液態(tài)金屬是一個非常有潛力的材料。在這篇ACS Nano報道中,，來自韓國的研究人員展示了一種可重復書寫的液態(tài)金屬水凝膠,，可通過光固化的方式成形。

近期韓國延世大學Min Koo團隊發(fā)表在ACS Nano雜志上題為“Rewritable, Printable Conducting Liquid Metal Hydrogel”的文章,，報導了一種具有機械柔性,、可印刷、可重寫電導體的液態(tài)金屬水凝膠（LMH）,。LMH是具有垂直相分離的EGaIn顆粒的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）在紫外光照射下凝膠化形成的,。EGaIn顆粒聚集表面上的受控摩擦力可去除覆蓋在表面上的PEGDA，然后破壞劃痕區(qū)域中顆粒的天然氧化物層,，從而形成導電電路,。當LMH水合并溶脹時，可通過表面重構(gòu)將書寫電路輕松擦除,，形成帶有天然氧化物層的EGaIn顆粒,。隨后，再次在復位LMH上的摩擦寫入來開發(fā)另一個電路,，從而使系統(tǒng)可重寫,。

圖1  LMH的制備過程與表征

通過控制刮擦摩擦力或改變金屬圓柱體的尺寸，很容易制造出具有各種線寬的導電電路線,。當表面摩擦力大于約320μN時,，LMH的電阻在對數(shù)刻度上突然下降,，從而產(chǎn)生電導率，表明宏觀滲透金屬液體通路導通,。在施加表面摩擦力的同時,，LMH的微觀結(jié)構(gòu)表明液態(tài)金屬平滑導電線路的發(fā)展機理。

圖2  LMH上摩擦燒結(jié)電路

由于水能夠使LMH的表面膨脹和溶脹而引起的表面重建,，很容易消除LMH上的摩擦感應電路,。當將水施加到具有書面電路的LMH時，由于PEGDA的水合作用,，LMH的整個表面都溶脹了，使表面上的電路消失了,，并且該表面完全被含PEGDA的水覆蓋,。當水被干燥時，LMH被去溶脹,，重建的表面具有淺灰色,，類似于初始表面的顏色。顯然,，薄膜變得不導電,。LMH在水中的溶脹程度根據(jù)以下公式進行定量：溶脹比（％）=（Ws-Wd）/ Wd×100，其中Ws和Wd是溶脹和干燥狀態(tài)下LMH的重量,。寫入電路的電阻隨溶脹率而增加,，并以約4％的溶脹率突然增加。薄膜在10％的低溶脹率下變得不導電,，在此之上,，電阻幾乎不變。

圖3 LMH表面水擦除電路過程

如圖4d和e所示,，LMH還適用于基于LMH的光圖案化的機械柔性3D電極,。如圖4d所示，在UV照射步驟中采用了薄膜型光掩模來交聯(lián)LMH,。當根據(jù)光掩模的形狀和尺寸,，在溶劑中去除未曝光的區(qū)域時，會獲得各種帶圖案的LMH,。此外,，使用常規(guī)的UV光刻技術(shù)，可以實現(xiàn)機械堅固且靈活的3D電極,，使其可用于可拉伸的電子應用,。基于LMH的可重寫2D和3D可印刷電路具有巨大潛力,，可作為各種新興電子應用（包括可穿戴天線,，顯示器和傳感器）中的關(guān)鍵電子組件,。

圖4 基于LMH的可重復書寫電路應用

論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.9b03405