搜索热:无损检测 管道
扫一扫 加微信
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
浙江大学贺永团队:液态金属-硅胶墨水实现柔性电子的全打印制造
发布:lee_9124   时间:2019/10/21 22:54:00   阅读:156 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter
背景:近年来,具有出色的可变形性和环境适应性的柔性电子设备在软机器人,人机接口等领域展现出了巨大的潜力。在各类柔性导电材料中,液态金属由于其高导电性和本征可拉伸性而被广泛使用。浙江大学机械工程学院贺永教授课题组,在硅胶及液态金属的可打印性上做了系列探索,如提出了液态金属/柔性材料的共生打印,通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属时刻接触,抑制液态金属的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属3D打印(ACS AMI,2018, 10, 23208-23217)。开发了通用的多材料硅胶打印方法,首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能打印成形(ACS AMI,2019, 11, 23573-23583)。
 
摘要:受限于液态金属大的表面张力和低的粘度,当前很难用一种简单的方式高效、高精度的打印液态金属,此外,液态金属的强流动性也使得在局部破坏发生时极易产生泄漏,进而导致柔性器件的失效,这些问题严重限制了液态金属基柔性电子设备的制造和应用。针对上述挑战,课题组提出了一种独特的液态金属-硅胶墨水和相应的多材料3D打印工艺用以制造全打印的液态金属基柔性电子设备。
 
相关工作以题为“All-Printed Flexible and Stretchable Electronics with Pressing or Freezing Activatable Liquid Metal-Silicone Inks”在Advanced Functional Materials(IF=15.621)期刊上在线发表。周璐瑜硕士生为第一作者,贺永教授为通讯作者。
 
这种液态金属-硅胶墨水是一种液态金属微滴和硅胶的浓缩混合物,具有独特的电气性能:初始状态不导电,但在机械激活(按压或冷冻)后导电。激活后的液态金属-硅胶墨水继承了液态金属出色的导电性、可拉伸性和对变形灵敏的电气响应,是一种理想的柔性导电材料。同时,该墨水还具备出色的可打印性,能够在用简单的挤出打印设备实现柔性电路的高速度、高精度打印。此外,由于与常用的柔性材料——硅胶具有相同的组分,液态金属-硅胶墨水能与硅胶基底形成可靠的粘接,从而避免了局部破坏时导电材料的泄漏,提高了柔性器件的可靠性。液态金属-硅胶墨水的这些优点使得高效、高精度的打印高度可靠的液态金属基柔性电子器件成为了可能。
 
 
 
图1. 液态金属-硅胶墨水的制备和相应的多材料3D打印工艺
 
为了探究液态金属-硅胶墨水的激活导电机理,我们分析了其激活前后的微观结构变化,发现其激活过程本质上是分离的液态金属微滴在机械力作用下的挤压融合过程,激活后的液态金属连接形成了一个连续的导电网络。
 
  
 
图2. 液态金属-硅胶墨水的微观结构和激活原理
 
为了实现高速度、高精度的打印,我们探究了打印参数对打印分辨率的影响,在相应的模型指导下,使用市售的点胶针头就能够超过30mm/s的速度打印线径小于100微米的柔性电路。
 
 
 
图3. 打印参数对液态金属-硅胶墨水打印速度和精度的影响
 
同时,我们也系统研究了液态金属-硅胶墨水的电气性能,结果表明该墨水具有高导电性、高重复性、低滞后的优点,同时能与柔性基底形成可靠的粘接以减轻机械破坏带来的电气影响。
 
 
 
图4.液态金属-硅胶墨水的电气性能
 
为了展现液态金属-硅胶墨水的应用潜力,我们使用开发的多材料打印工艺和设备成功打印了一系列典型柔性电路,包括多层柔性电路、应变传感器以及可以监测手指弯曲的数据手套。同时,利用液态金属-硅胶墨水独特的激活特性,一些有趣的应用,例如按压/冰冻开关可以被直接制造,而不需要任何的复杂的结构设计。这些应用展现了液态金属-硅胶墨水在柔性电子领域出色的应用潜力。
 
 
 
图5. 使用液态金属-硅胶墨水和相应的多材料打印工艺打印的柔性电子器件
 
 
 
图6. 利用液态金属-硅胶墨水独特的激活特性制造的按压/冰冻开关
 


来源:高分子科学前沿
 
相关信息
   标题 相关频次
 室温液态金属瞬态可回收的环境友好型柔性电子
 2
 《AFM》新型纳米液态金属电子墨水!
 1
 《自然·材料》上硅所:发现奇异独特力学性能的半导体材料!
 1
 2016年最具潜力的20大新材料
 1
 Adv.Mater.:借助液态金属显著提高软物质强度
 1
 RMIT:液态金属纳米印刷将变革整个电子行业
 1
 不只是卖手机 苹果还在把新材料企业的活干了!
 1
 超声法制备均匀分布的亚微米级镓铟锡合金液态金属微球
 1
 功能液态金属材料的新进展
 1
 哈工大柔性电子和热管理课题组:石墨烯纳米片基超薄柔性机械手
 1
 韩国研究人员使用液态金属进行3D打印,可创建“可伸缩”的3D集成
 1
 合肥研究院液态金属锂铅腐蚀模拟研究取得新进展
 1
 厚度不到头发丝直径四分之一中国科研团队发布两款柔性芯片
 1
 基于液态金属的这些特质,人类对其研究趋向实用
 1
 镓合金3D打印技术攻克,液态终结者量产不是梦
 1
 江南大学葛明桥团队《自然·通讯》:提出材料触觉逻辑
 1
 究竟何为液态金属
 1
 科研人员开发出液态金属图案化新方法
 1
 理化所等揭示液态金属表面非常规法拉第波及其电学切换效应
 1
 理化所发现液态金属在石墨表面的自由塑型效应
 1
 理化所和清华大学:基于液态金属建立室温打印柔性薄膜晶体管及集成电路新方法
 1
 理化所提出液态金属悬浮3D打印方法
 1
 两款常用的优异合金材料在3D打印领域的表现
 1
 美国卡内基-梅隆大学卡梅尔-马杰迪教授Advanced Materials:液态金属-弹性体纳米复合材料用于可拉伸的介电材料
 1
 美研究团队发现钙可成为液态金属电池重要原料
 1
 苹果液态金属独家供应商被中国企业收购
 1
 青岛能源所制备出新型纳米液态金属电子墨水和智能柔性导电器件
 1
 清华大学刘静教授课题组:具有超高拉伸性导体-绝缘体可逆转变特性的液态金属复合材料
 1
 清华等提出基于液态金属制备宽温区导体-绝缘体转变材料的通用策略
 1
 人民日报回顾2016创新驱动发展 这两项新材料进展获“点赞”
 1
 日本研究人员报告称液态金属流动也能产生微弱的电
 1
 柔性电子,不断刷新你的认知
 1
 柔性电子:聚合物搭桥,金属软着陆
 1
 上海硅酸盐所在柔性应变敏感材料研究中取得进展
 1
 深圳大学周学昌课题组:光致形变液态金属纳米液滴
 1
 深圳先进院柔性可拉伸传感器研究取得进展
 1
 石墨烯纳米银线透明导电膜:助力柔性电子赶上“发展快车”
 1
 史上最全苹果与新材料大揭秘
 1
 世界第一款液态金属智能机要来了
 1
 世界最薄芯片用液态金属纳米打印,或带来电子工业下一个革命
 1
 天津大学黄显教授团队:智能液滴-无定形软体机器人的诞生
 1
 铁基磁性液态金属再现神奇多功能电子特性: 可修复、可降解、可转印
 1
 我国在液态金属生物医学材料学实现全面突破
 1
 新材料可快速膨胀固化也可再次恢复液态
 1
 液态金属,又有新突破!中国离造出真正的“终结者”有多远?
 1
 液态金属:一个全新工业正在我国崛起
 1
 液态金属3D打印成型可重构天线
 1
 液态金属不仅会变形还会变色
 1
 液态金属腐蚀与防护技术研究
 1
 液态金属机械:实现自主“分身”与“无缝重组”堪比终结者T-1000
 1
一周新闻 Top 10
新品发布
专题报道
百人炸金花体现