Прорыв в области жидкого металла может превратить повседневные материалы в электронные «умные устройства»

Автор: Cell Press, 9 июня 2023 г.

Исследователи разработали новый метод нанесения жидкого металла на такие поверхности, как бумага и пластик, превращая эти повседневные материалы в потенциальные «умные устройства». Будущие усилия направлены на расширение применения этого метода на различные поверхности и создание интеллектуальных устройств из материалов, обработанных этим методом.

Китайские ученые разработали метод покрытия повседневных материалов, таких как бумага и пластик, жидким металлом, что потенциально позволяет создать «умные устройства». Этот метод, который предполагает регулирование давления, а не использование связующего материала, успешно позволяет жидкому металлу прилипать к поверхностям, что ранее было сложной задачей из-за высокого поверхностного натяжения.

Everyday materials such as paper and plastic could be transformed into electronic "smart devices" by using a simple new method to apply liquid metal to surfaces, according to scientists in Beijing, China. The study, published June 9 in the journal Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Cell Reports Physical Science демонстрирует технику нанесения покрытия из жидкого металла на поверхности, которые с трудом связываются с жидким металлом. Этот подход предназначен для работы в больших масштабах и может найти применение в портативных испытательных платформах, гибких устройствах и мягкой робототехнике.

«Раньше мы думали, что жидкий металл не может так легко прилипать к несмачиваемым поверхностям, но здесь он может прилипать к различным поверхностям, только регулируя давление, что очень интересно», — сказал Бо Юань, ученый из Цинхуа. Университет и первый автор исследования.

Ученые, стремящиеся объединить жидкий металл с традиционными материалами, столкнулись с чрезвычайно высоким поверхностным натяжением жидкого металла, которое не позволяет ему связываться с большинством материалов, включая бумагу. Чтобы решить эту проблему, предыдущие исследования в основном были сосредоточены на методе, называемом «трансферная печать», который предполагает использование третьего материала для связывания жидкого металла с поверхностью. Но у этой стратегии есть недостатки: добавление большего количества материалов может усложнить процесс и ослабить электрические, термические или механические характеристики конечного продукта.

Многофункциональная конструкция-оригами, построенная из бумаги, обработанной жидким металлом. Фото: Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

Чтобы изучить альтернативный подход, который позволил бы им напрямую печатать жидким металлом на подложках, не жертвуя свойствами металла, Юань и его коллеги нанесли два разных жидких металла (eGaln и BilnSn) на различные штампы из силикона и силиконового полимера, а затем приложили разные силы при их трении. штампы на поверхности бумаги.

«Поначалу было трудно обеспечить стабильную адгезию жидкометаллического покрытия к подложке», — сказал Юань. «Однако после многих проб и ошибок мы наконец получили правильные параметры для достижения стабильной и повторяемой адгезии».

Исследователи обнаружили, что трение покрытого жидким металлом штампа о бумагу с небольшим усилием позволяет каплям металла эффективно связываться с поверхностью, в то время как применение большего усилия не позволяет каплям оставаться на месте.

Затем команда сложила бумагу с металлическим покрытием в бумажный журавль, продемонстрировав, что поверхность все еще можно складывать как обычно после завершения процесса. И после этого модифицированная бумага по-прежнему сохраняет свои обычные свойства.

Хотя этот метод кажется многообещающим, Юань отметил, что исследователи все еще выясняют, как гарантировать, что покрытие из жидкого металла останется на месте после его нанесения. На данный момент на поверхность бумаги можно добавить упаковочный материал, но команда надеется найти решение, которое не потребует этого.