新技术可在异形表面上打印柔性电子器件

The detail of a rose is pictured at Nevados plantation in Latacunga, some 98 km (61 miles) south of Quito January 28, 2014. REUTERS/Guillermo Granja (ECUADOR - Tags: SOCIETY) - GM1EA1T0Y0S01
The tech features liquid metal trapped below its melting point, creating particles 10 millionths of a meter.Image: REUTERS/Guillermo Granja
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一项新技术可在各种材料上打印导电金属线路,例如混凝土墙或一片树叶。

该技术采用液态金属(本例中为菲尔德合金,一种由铋、铟和锡组成的合金),在低于其熔点的条件下被封存于经过抛光的氧化物外壳中,形成直径约为百万分之十米的颗粒。

当研究人员通过机械压力或化学溶解破坏外壳时,内部的金属便会流动并凝固,从而实现无需加热的焊接,或者在本例中,在多种不同材料上打印金属线路和导线。

明胶上打印的电子导线Image: 爱荷华州立大学)

这一技术可以有多种应用,包括用于测量建筑物结构完整性或作物生长状况的传感器。研究人员还在纸质遥控器上测试了该技术,遥控器可在纸张弯曲时读取电流的变化。工程师们还通过为太阳能电池制作电触点,以及在明胶(一种用于模拟包括大脑在内的柔软生物组织的模型)上进行丝网印刷导电线路,对该技术进行了测试。

“这项工作展示了在各类基底上无需加热、在常温下制造金属导电互连和导线的方法,”研究人员在描述该技术的期刊《Advanced Functional Materials》论文中写道。

马丁·图奥(Martin Thuo)是爱荷华州立大学材料科学与工程系的助理教授,也是美国能源部艾姆斯实验室的合作研究人员,同时还是艾姆斯初创企业SAFI-Tech Inc.的联合创始人,该公司正在将这项新技术商业化。他表示,他在三年前启动了这一项目,最初作为一项教学练习。

“我最初是和本科生一起开展这项工作,”他说。“我当时觉得让学生们动手做这样的东西会很有趣。这是一种非常有益的教学工具,因为你无需求解200万个方程,就能开展复杂的科学研究。”

学生们一旦学会使用几种金属加工工具,便开始着手解决柔性金属电子器件的一些技术难题。

“学生们发现了处理金属的方法,由此催生了数百万个想法,”图奥说。“现在我们已经停不下来了。”

因此,研究人员已经掌握了如何将金属导线有效地粘附到各种物体上,例如防水的玫瑰花瓣和含水的明胶。图奥表示,基于他们目前掌握的知识,在冰块或生物组织上打印金属导线对他们而言将非常容易。

研究人员在论文中写道,所有实验“突出了该方法的多功能性”,“能够在不损坏基底材料的前提下制造出多种导电产品”。

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