新式纳米液态金属电子墨水和智能柔性导电器材

2019年8月29日 11:54:13 来历: 中国科学院青岛生物动力与进程研讨所
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  跟着电子科技的高速开展,人们生活水平的不断进步,柔性电子器材的需求日积月累。柔性电子技能需求电子器材具有柔性、可拉伸性、生物相容性等许多新特性。液体金属(Liquid Metal, LM)完美结合了液体的形变才能与金属的导电才能,并且具有杰出的化学安稳性和优异的生物相容性,是抱负的柔性电路资料。可是,LM外表张力极大(例如镓铟合金(其间74.5 wt% Ga和25.5 wt %In),624 mN m–1),难以加工,也难以与其它基底等资料复合,大大约束了LM在柔性电子范畴的实践运用。

  中国科学院青岛生物动力与进程研讨所研讨员李朝旭带领的仿生智能资料研讨组,经过将LM在海藻酸盐溶液中超声处理,制备成包覆有海藻酸盐微凝胶的LM微纳液滴。在超声的进程中海藻酸盐不只能够经过羧基与Ga3+配位促进粒径的下降,并且能够螯合Ga3+构成微凝胶,然后按捺Ga3+的进一步开释,进步了资料的生物相容性。包覆海藻酸盐微凝胶的LM涣散液不只添加了胶体安稳性和化学安稳性,还能够大幅添加其与柔性基底的亲和性,可用于电子墨水。尽管微纳液滴组成的电路因为氧化层外壳出现绝缘状况,可是能够经过外加压力的办法康复其导电性(4.8×105 S m–1)。这种电路可运用于可穿戴微电路、电热驱动器和电子皮肤等范畴(图1)。相关作用已发表于《先进功用资料》(Adv. Funct. Mater. 2018, 28,1804197)。

  因为LM微纳液滴外表存在氧化层或许安稳剂,以其堆积的电路需求经过外加压力、激光、高温等处理康复其导电性,这些后处理技能不只消耗能量,并且在运用上存在许多局限性。该研讨组经过研讨发现,在生物质纳米纤维(Nanofibers, NFs)(例如:纤维素NFs、甲壳素NFs、蚕丝NFs等)的水涣散液中超声LM,能够得到安稳涣散的LM微纳液滴。常温常压下枯燥涣散液,LM微纳液滴能够烧结成接连的液体金属导电薄膜(图2)。深入研讨标明,生物基NFs或许具有三个方面的作用:榜首,生物基NFs具有丰厚的亲水基团(例如羟基、羧基等),能够在超声进程中与Ga3+交联,下降液态金属的粒径和添加液态金属液滴的胶体安稳性;第二,生物基NFs在蒸腾进程中能够发生很高的毛细作用力,从而损坏LM微纳液滴外面包覆的壳层;第三,增大液态金属层对基底的粘附力,使其能够安稳附着在玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-ethylene-butene-styrene block copolymer, SEBS)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)、油纸等多种原料外表。根据蒸腾烧结制备的薄膜或许涂层资料具有柔性、高反射率、可弹性导电性(伸长率达200%)、杰出的电磁屏蔽作用、生物降解性和对湿度、光、电具有超快的影响呼应性等特色,蒸腾烧结的办法可广泛运用于微电路、传感、可穿戴设备和柔性机器人等柔性电子学范畴。相关作用发表于近期的《天然-通讯》(Nat. Commun. 2019, 10, 3514)。

  上述研讨取得国家天然科学基金(Nos.21474125, 51608509)、山东省杰出青年基金(Nos. JQ201609)、山东省博士基金(ZR2016EEB25)、研讨所一三五要点培养项目等的支撑。

图1. 海藻酸盐辅佐超声制备LM纳米液滴及运用

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图2. 生物质NFs辅佐超声制备LM微纳液滴及烧结展现