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畫鎵
2022-08-11  來源:高分子科技

  神筆馬良用一只筆畫出世間萬物只是神話傳說,而如今用一只筆在各種物體上畫出電子電路則成為可能。鎵基液態金屬以其室溫下極佳的流動性和導電性等獨特優勢,在電子皮膚、軟體機器人、可穿戴設備以及植入式醫療系統等領域有著廣泛的應用前景。開發高效、低成本的鎵基液態金屬圖案化工藝一直是液態金屬柔性電子研究的重要課題。



  近日,天津大學黃顯課題組提出了一種簡單、快速、普適性的液態金屬柔性電子制備技術,可在多種基底上實現大面積柔性電路的快速制造。這種液態金屬圖案化方法不需要昂貴的制造設備和復雜的操作步驟,只需要對目標基底進行簡單處理,即可將液態金屬涂料繪制在多種平面甚至是三維物體表面。


  先前的研究表明表面粗糙度可顯著影響液態金屬在基底表面的粘附特性,因此通過調控基底特定位置的表面微觀結構,即可將液態金屬選擇性的粘附在特定區域,從而實現液態金屬電路的圖案化。基于此原理,該研究使用桌面激光打印機將碳粉打印在熱轉印紙上,之后將碳粉熱轉印到其他基底表面,最后進行液態金屬漿料的涂刷。由于碳粉粗糙的表面形貌可大大降低液態金屬的粘附性,因此液態金屬漿料只會粘附在位打印碳粉的區域,從而通過簡單的涂刷步驟即可完成液態金屬電路的圖案化。

 

圖1 液態金屬多基底電路的制備方法


  該技術在多種基底上均可實現液態金屬電路圖案化。對于與液態金屬漿料粘附性較高的基底,如TPU、PDMS、PET和玻璃等,碳粉可直接熱轉印到其表面;對于與液態金屬漿料粘附性較低的基底,如布料、紙張、木材和植物等,則需要在基底上事先熱壓一層TPU薄膜,再進行碳粉的熱轉印操作。

 

圖2 激光打印碳粉對基底粗糙度的調控


  該研究在多種基底上制備了一系列的柔性電子電路,如LED陣列、傳感器、柔性顯示裝置、加熱電路和RFID電路等。最后,該研究制造了一種12導聯心電監測服裝,用以展示該技術在大面積可穿戴電子領域的應用前景。

 

圖3 多種基底上的液態金屬柔性電路


圖4 用于十二導聯心電監測的可穿戴智能服裝


  該技術不僅成本低廉,而且操作簡單,即使是沒有基礎的普通人也可以輕松掌握。該技術為個性化電子制造提供新的途徑。


  該成果以“Thermal Transfer enabled Rapid Printing of Liquid Metal Circuits on Multiple Substrates”為題發表在國際知名期刊 ACS Applied Materials & Interfaces上。該研究得到浙江省重點研發計劃和國家自然科學基金的支持。


  文章鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.2c08743

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(責任編輯:xu)
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