液態(tài)金屬噴墨技術(shù)—或可用于可穿戴設(shè)備和軟體機器人
2015年04月14日 11:1 3797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(shù)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(shè)備(人們可能會因醫(yī)學(xué)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(xué)的助理教授——Rebecca Kramer認(rèn)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(shè)備。而液態(tài)金屬制成的導(dǎo)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(xiàn)在允許我們?nèi)ゴ蛴∮袕椥缘暮脱诱剐缘膶?dǎo)體,包括彈性金屬和織物。”
關(guān)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(guān)于這個項目的研究。這篇論文的作者是Edward L.White和Kramer的學(xué)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(zhì)上進行噴墨打印了。打印后,乙醇會完全揮發(fā),因此在基質(zhì)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(dǎo)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(dǎo)電能力。
Kramer說:“這層氧化膜很脆,所以當(dāng)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(jù)特定需求去選擇強化的方面成為了可能,預(yù)示著一張空白的膜可以被賦予更多功能。
Kramer說:“我們根據(jù)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(xué)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(chǎn)成為了可能。
未來的研究將會探究墨水和被打印基質(zhì)的表面將如何相互影響而最終產(chǎn)生導(dǎo)電性以及不同的性質(zhì)。
Kramer說:“例如,納米顆粒如何在親水和疏水表面自適應(yīng)?我們?nèi)绾胃倪M這種墨水,并開發(fā)其與表面的相互作用,從而實現(xiàn)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(zé)任編輯:陳巖
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