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画镓
2022-08-11  来源:高分子科技

  神笔马良用一只笔画出世间万物只是神话传说,而如今用一只笔在各种物体上画出电子电路则成为可能。镓基液态金属以其室温下极佳的流动性和导电性等独特优势,在电子皮肤、软体机器人、可穿戴设备以及植入式医疗系统等领域有着广泛的应用前景。开发高效、低成本的镓基液态金属图案化工艺一直是液态金属柔性电子研究的重要课题。



  近日,天津大学黄显课题组提出了一种简单、快速、普适性的液态金属柔性电子制备技术,可在多种基底上实现大面积柔性电路的快速制造。这种液态金属图案化方法不需要昂贵的制造设备和复杂的操作步骤,只需要对目标基底进行简单处理,即可将液态金属涂料绘制在多种平面甚至是三维物体表面。


  先前的研究表明表面粗糙度可显著影响液态金属在基底表面的粘附特性,因此通过调控基底特定位置的表面微观结构,即可将液态金属选择性的粘附在特定区域,从而实现液态金属电路的图案化。基于此原理,该研究使用桌面激光打印机将碳粉打印在热转印纸上,之后将碳粉热转印到其他基底表面,最后进行液态金属浆料的涂刷。由于碳粉粗糙的表面形貌可大大降低液态金属的粘附性,因此液态金属浆料只会粘附在位打印碳粉的区域,从而通过简单的涂刷步骤即可完成液态金属电路的图案化。

 

图1 液态金属多基底电路的制备方法


  该技术在多种基底上均可实现液态金属电路图案化。对于与液态金属浆料粘附性较高的基底,如TPU、PDMS、PET和玻璃等,碳粉可直接热转印到其表面;对于与液态金属浆料粘附性较低的基底,如布料、纸张、木材和植物等,则需要在基底上事先热压一层TPU薄膜,再进行碳粉的热转印操作。

 

图2 激光打印碳粉对基底粗糙度的调控


  该研究在多种基底上制备了一系列的柔性电子电路,如LED阵列、传感器、柔性显示装置、加热电路和RFID电路等。最后,该研究制造了一种12导联心电监测服装,用以展示该技术在大面积可穿戴电子领域的应用前景。

 

图3 多种基底上的液态金属柔性电路


图4 用于十二导联心电监测的可穿戴智能服装


  该技术不仅成本低廉,而且操作简单,即使是没有基础的普通人也可以轻松掌握。该技术为个性化电子制造提供新的途径。


  该成果以“Thermal Transfer enabled Rapid Printing of Liquid Metal Circuits on Multiple Substrates”为题发表在国际知名期刊 ACS Applied Materials & Interfaces上。该研究得到浙江省重点研发计划和国家自然科学基金的支持。


  文章链接:https://doi.org/10.1021/acsami.2c08743

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(责任编辑:xu)
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