Совместная исследовательская группа POSTECH и Университета Ёнсе разработала формоизменяемую жидкометаллическую чернилу, которую можно использовать для нанесения трехмерной проводки
Оптические фотографии и снимки, полученные с помощью электронного микроскопа, частиц вязкого жидкого металла в процессе растяжения. Во время растяжения оксидная пленка на поверхности микрочастиц также удлиняется и формирует морщины, что защищает чернилу от разрушения даже при многократном растяжении [Postech]
В последнее время при разработке электронных устройств используется новый форм-фактор, который позволяет складывать, растягивать или изменять форму устройства. Чтобы разработать формоизменяемые или очень гибкие электронные устройства, необходимы электроды и проводки, электрические свойства которых не изменяются даже при значительной деформации или механического повреждения.
Совместная исследовательская группа во главе с Чон Ун Рёном, профессором технологии новых материалов в Университете науки и технологий Пхохана (POSTECH), и Алоизиусом Сун, профессором технологии новых материалов в Университете Ёнсе, 5 января сообщила, что они разработали жидкометаллическую чернилу с высокой степенью вязкости. Результаты исследования были опубликованы 4 января в международном научном журнале Nature Materials.
Обычно твердые металлы, такие как золото, серебро и медь, используются в качестве электродов или проводов в электронных устройствах. Однако их трудно использовать для устройств, требующих модификации формы, потому что даже небольшие внешние силы могут привести к растрескиванию материала и потере электропроводности. С другой стороны, жидкие металлы, которые сохраняют свойства жидкости даже при комнатной температуре, имеют большой потенциал в качестве гибкой проводки, поскольку они легко трансформируются и обладают высокой электропроводностью. Однако проблема заключалась в том, что если из жидких металлов сделать чернилу, то на ее поверхности образуется оксидная пленка, которая приводит к утрате электропроводимости после печати, и поэтому ее нельзя было использовать в качестве проводки.
Исследовательская группа придумала способ превратить оксидную пленку в проводник, добавив ионы водорода в оксидную пленку микрочастиц жидкого металла. Чтобы проверить возможность придания оксидной пленке электропроводимости путем добавления водорода, группа провела симуляцию материала на основе квантовой механики. Модель показала, что легированные водородом оксиды индия или оксиды галлия могут иметь электрическую проводимость, аналогичную проводимости прозрачной токопроводящей пленки (ITO), используемых в настоящее время в прозрачных электродах. Было также обнаружено, что оксидная пленка, которая легирована водородом и к поверхности которой прикреплены полимеры, имеет высокую вязкость, которая позволяет материал растягиваться без разрушения даже при удлинении на 300%.
Преимущество новых жидкометаллических чернил заключается в том, что они позволяют напрямую напечатать трехмерную схему на различных формоизменяемых подложках. Ожидается, что печатаемые электроды и проводки станут поворотным моментом в разработке устройств следующего поколения, поскольку они имеют небольшое изменение сопротивления при удлинении более чем на 500%, и могут сохранять электрические свойства при серьезных механических повреждениях или в суровых условиях с повышенной влажностью и температурой.
На данный момент исследовательская группа профессора Чон Ун Рёна занимается практическим применением сверхгибкой проводки, используя разработанные чернила и технологию печати. Поскольку данная чернила позволяет создавать трехмерную сложную разводку с помощью традиционной технологии печати, не беспокоясь об утечке тока, есть надежда на то, что ее можно будет использовать в различных сферах путем ее объединения с робототехникой, искусственной кожей и трехмерной печатью.
«Конечная цель этого исследования - разработать трехмерные электронные устройства, которые не только растягивается и складывается, но и сохраняет электрические свойства при механических повреждениях и неблагоприятных условиях эксплуатации».
Comments