Новости

Jun 01, 2023

Жидкость

Команда из Кореи использовала звуковые волны для соединения крошечных капель жидких металлов внутри полимерного корпуса. Новая технология позволяет создавать прочные, высокопроводящие цепи, которые можно сгибать и

Команда из Кореи использовала звуковые волны для соединения крошечных капель жидких металлов внутри полимерного корпуса. Новая технология позволяет создавать прочные, высокопроводящие цепи, которые можно сгибать и растягивать в пять раз по сравнению с первоначальным размером.

Для изготовления растягивающейся электроники для накожных датчиков и имплантируемых медицинских устройств требуются материалы, которые могут проводить электричество, как металлы, но деформироваться, как резина. Обычные металлы не подходят для такого использования. Чтобы создать эластичные проводники, исследователи изучили проводящие полимеры и композиты металлов и полимеров. Но эти материалы теряют свою проводимость после многократного растяжения и отпускания.

Жидкие металлы, сплавы, которые остаются жидкими при комнатной температуре, являются более перспективным вариантом. Жидкие металлы на основе галлия, обычно сплавы галлия и индия, привлекли наибольшее внимание из-за их низкой токсичности и высокой электро- и теплопроводности. Они также прочны из-за оксидной пленки, образующейся на их поверхности, и хорошо прилипают к различным основаниям.

Чтобы создать проводящие цепи с жидкими металлами на основе галлия, исследователи обычно распыляют или печатают капли материала на эластичной пластиковой подложке или встраивают их в эластичный полимер. Оксидную пленку обычно приходится разрушать, чтобы капли могли объединиться и образовать проводящий путь. Проблема с этими подходами заключается в том, что жидкие металлы могут через некоторое время вытечь наружу, говорит Джихеонг Кан, профессор материаловедения и инженерии Корейского института передовых наук и технологий.

Поэтому он и его коллеги использовали акустическое поле для соединения капель жидкого металла, которые они сначала внедрили в полимер. Исследователи используют капли шириной в среднем от 2 до 3 микрометров, что меньше, чем те, которые другие использовали раньше, чтобы уменьшить вероятность разрушения капель и утечки жидкого металла.

Когда они применяют ультразвуковые волны с частотой 20 килогерц, микрокапли поглощают вибрации, создавая капли нанометрового размера. Эти нанокапли образуют мостик между микрокаплями. Когда полимер растягивается, микрокапли удлиняются, но связи нанокапель удерживают их вместе.

Другие ранее создавали растягиваемые схемы, нанося ультратонкие слои металла в виде паутинообразных сетей или змеевидных узоров. «С помощью нашего нового материала мы продемонстрировали первые эластичные печатные платы без какого-либо структурного проектирования», — говорит Канг.

Команда сделала свои эластичные проводники из четырех различных жидкометаллических сплавов и 15 различных полимеров. Чтобы продемонстрировать использование проводников, они сделали растягивающиеся дисплеи, в которых жидкометаллические сети соединяли микросветодиоды (см. выше). Они также создали очень растяжимый датчик для мониторинга сердечного ритма, который можно было прикрепить к коже добровольца и измерять кровообращение с помощью света (ниже). Результаты опубликованы в журнале Science.

Метод растягивающих цепей, впервые разработанный авторами, «помогает преодолеть серьезную проблему при создании проводящих цепей из композитов [жидкий металл галлий]-полимер», пишут Руируй Цяо из Университета Квинсленда в Австралии и Шиян Тан из Университета Бирмингема, Великобритания, в сопроводительной статье к журналу Science. «Однако композиты по-прежнему сталкиваются с рядом производственных проблем». Например, трудно точно контролировать размер капель с помощью известных технологий их изготовления.

Канг говорит, что он и его коллеги планируют работать над улучшением разрешения узора, находя способы расположить их ближе друг к другу. Также планируют дальнейшее увеличение проводимости жидкометаллических цепей.