Технология распыления жидкого металла: создание гибкой мобильной электроники

Распыление жидкого металла

Исследование показало, как технологию струйной печати можно использовать для производства электронных схем. Специальный принтер, заправленный жидким металлом, будет «печатать» гибкую электронику?

Гибкие технологии, которые в настоящее время притягивают к себе интерес ученых по всему миру, могут открыть новые возможности создания гибких роботов и эластичных материалов, которые позволят человеку иметь связь с компьютерами. Представители медицины также заинтересованы в разработке – встроенные в одежду системы мониторинга позволят продлить жизнь или спасти тысячи людей. Однако сложность заключается в том, что для создания гибкой электроники должны быть разработаны соответствующие системы производства.

«Мы хотим создавать эластичную электронику, совместимую с мягкой техникой, такой как роботы, проникающие сквозь мелкие отверстия, или мобильными технологиями, которые не стесняют движения», - поясняет Ребекка Крамер, доцент кафедры машиностроения Университета Пердью. По ее словам, проводники, изготовленные из жидкого металла, могут растягиваться и деформироваться без риска поломки.

Новый подход к производству гибкой электроники предполагает использование струйной печати, где вместо чернил используется сплав металлов.

«Этот процесс позволит нам печатать гибкие и эластичные проводники – причем наносить их можно будет на любые поверхности, включая растягивающиеся материалы и ткани», - говорит Крамер.

Статья с описанием нового метода будет опубликована в научном журнале Advanced Materials. Статья описывает метод изготовления гибких проводников и содержит основную информацию о теоретических аспектах и основах разработки.

«Чернила» изготавливаются путем растворения жидкого металла в неметаллическом растворителе и обработки полученной смеси ультразвуком, что приводит к образованию наночастиц в растворе. Этот раствор, насыщенный наночастицами, и заправляется в устройство печати.

«Жидкий металл в исходной форме не пригоден для струйного нанесения», - говорит Крамер. «Поэтому мы создаем наночастицы, которые могут пройти через сопло для распыления. Обработка ультразвуком жидкого металла в растворителе, таком как этанол, позволяет создать наночастицы и распространить их в объеме растворителя. После этого «чернила» можно наносить на любую поверхность. Этанол испаряется, так что на поверхности остаются только наночастицы жидкого металла».

После печати наночастицы должны быть соединены между собой – для этого к поверхности нужно приложить небольшое давление – и материал становится проводящим. Этот шаг необходим, поскольку наночастицы жидкого металла сначала покрыты окисленным галлием, который мешает частицам проводить электричество.

«Однако эта оболочка очень хрупкая, поэтому при небольшом давлении она ломается, и частицы склеиваются в однородную пленку», - говорит Крамер. «Она настолько хрупкая, что не только штамповка, но и проведение острой грани по поверхности печати обеспечит склеивание частиц».

Подход позволяет активировать только необходимые области, то есть часть пленки может оставаться неактивированной. «Мы выбираем те области, которые нам нужны, прилагая давление только на определенные участки поверхности», - объясняет Крамер. В этом году она получила награду от Национального научного фонда, который поддерживает исследование по разработке жидкометаллических чернил.

На данном этапе разработки предполагается, что скоро будет возможно создавать пленку в больших количествах. Далее планируется исследовать механизмы взаимодействия между чернилами и поверхностью печати. Ребекка Крамер задается множеством вопросов – например, как будут вести себя чернила на гидрофобной или гидрофильной поверхности? Что можно сделать, чтобы наночастицы после нанесения склеивались сами собой? Как можно усовершенствовать технологию?

Исследователям предстоит смоделировать и изучить возможность нарушения отдельных частиц при приложении давления. Эта информация покажет, можно ли использовать пленку для производства ультратонких датчиков и приборов.

 


Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?