液態(tài)金屬噴墨技術—或可用于可穿戴設備和軟體機器人
2015年04月14日 11:1 3906次瀏覽 來源: 新材料在線 分類: 新材料前沿
日前,一項新的研究成果表明,噴墨打印技術能被用于液態(tài)金屬合金軟體機器人和彈性電子器件的大規(guī)模集成電路的制造中
彈性科技為軟體機器人和可穿戴設備(人們可能會因醫(yī)學目的與電腦交流而使用)提供了進步的可能性。然而,一位來自美國普渡大學的助理教授——Rebecca Kramer認為,在軟體機械商業(yè)化之前,新的制造工藝必須被改進。
她說:“我們想制造能與軟體機械兼容的彈性電子器件,例如可以鉆進狹小地形的機器人,或者不受動作限制的可穿戴設備。而液態(tài)金屬制成的導體可以伸展、變形且不會損壞。”最近有一項新的制造方法:通過控制噴墨打印來制造液態(tài)合金器件。
Kramer說:“這個方法現在允許我們去打印有彈性的和延展性的導體,包括彈性金屬和織物。”
關于這一方法的研究論文將于4月18號在《先進材料》上發(fā)表。這篇論文主要介紹了這種叫做“機械聚合鎵-銦納米顆粒”的方法和關于這個項目的研究。這篇論文的作者是Edward L.White和Kramer的學生,博士后John William Boley。
研究人員通過超聲波將液態(tài)金屬分散到非金屬溶劑中來制作可用于打印的墨水,這一方法可以將大塊的液態(tài)金屬分散成納米顆粒。通過這種方法制出的墨水才適合噴墨打印。
Kramer說:“未處理的液態(tài)金屬不能用于噴墨打印,因此我們將液態(tài)金屬處理成足以通過噴嘴的納米級別。于溶劑中(例如乙醇)超聲處理液態(tài)金屬,既可以將其分散至納米級別,又可以將其充分分散于溶劑中,然后就可以在任意基質上進行噴墨打印了。打印后,乙醇會完全揮發(fā),因此在基質上將只剩下液態(tài)金屬。”
打印后,納米顆粒會在較輕的壓力下重組,使得材料具有導電能力。這一步是必須的,因為液態(tài)金屬納米顆粒的表面一開始會被氧化鎵覆蓋,阻礙了它的導電能力。
Kramer說:“這層氧化膜很脆,所以當對它施壓時,氧化膜會碎裂,同時所有材料將會聚合成一層膜。我們也可以通過在表面(例如硅片鋒利的邊緣)施壓或牽引來達到這一目的。”
這一方法讓根據特定需求去選擇強化的方面成為了可能,預示著一張空白的膜可以被賦予更多功能。
Kramer說:“我們根據需求,通過在材料上特定的區(qū)域施壓,有選擇地強化不同的功能。”今年美國國家科學基金會授予了Kramer “Early Career Development”獎項,并表示了對其改進液態(tài)金屬墨水的支持。
該方法使這種膜的大規(guī)模生產成為了可能。
未來的研究將會探究墨水和被打印基質的表面將如何相互影響而最終產生導電性以及不同的性質。
Kramer說:“例如,納米顆粒如何在親水和疏水表面自適應?我們如何改進這種墨水,并開發(fā)其與表面的相互作用,從而實現顆粒的自組裝?”
研究者們同時也將研究并模擬單個顆粒是如何在被施壓時破裂的,這將為工業(yè)化超細跡線和新型傳感器提供幫助。。
責任編輯:陳巖
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