Adv. Funct. Mater.：液态金属通过相变可实现在柔性基底上印刷和变形

【引言】

随着可穿戴电子设备的出现，在学术界和工业界都开始开发柔性、可折叠甚至可伸展的结构兼容设备。液态金属是可伸展性和电子功能性兼具的潜在备选，只需将其连续印刷或植入到可拉伸的材料上。最近，共晶铟化镓（EGaIn）等镓基合金由于其相对于汞的低毒性和反应能力，受到了广泛关注。

【成果简介】

共晶铟化镓（EGaIn）凭借其高流动性，高导电性和低毒性受到了关注，研究人员在可穿戴和可伸展电子设备领域对其进行了大量研究。然而，该材料具有高表面张力，伴随着瞬时氧化，很难形成低于10μm的精细图案。近日，韩国首尔国立大学的Sang Ken Kauh教授和西江大学的Jungchul Lee教授合作，在Advanced Functional Materials上发表了题为“Towards Sub-Microscale Liquid Metal Patterns: Cascade Phase Change Mediated Pick-n-Place Transfer of Liquid Metals Printed and Stretched over a Flexible Substrate”的文章。该工作中提出的新型制备技术，可在平面弹性基底上得到几微米宽度共晶铟化镓图案。

【图文导读】

图1：在可拉伸基底上通过相变间接转移的EGaIn成形制备过程。

图2：EGaIn印刷装置和印刷效果介绍。

(a)用激光位移传感器对分散针状基底间距进行反馈控制，自定义的直接印刷EGaIn设备的3D示意图；

(b)图片表示EGaIn在10°倾角的Ecoflex基底上能实现连续可靠印刷；

(c)EGaIn印刷引发反馈控制的开或关；

(d)EGaIn印刷导致不同状态；

(e)在裸露的和有0.5mm厚石蜡覆盖的不锈钢板上，EGaIn的接触角；

(f)使用石蜡覆盖不锈钢分散针状基底，外加距离反馈和精确压力控制，可进行连续印刷。

图3：可伸展的EGaIn与DI水冻结的自动选放（Pick-n-Place）转移。

(a)可伸展EGaIn图案与DI水冻结与非柔性基底上的自动选放（Pick-n-Place）转移思路介绍；

(b)EGaIn在Ecoflex上实现相变间接转移成形的一系列图片。

图4：EGaIn的力学和电学性能测试。

(a)连续转移后，加载2.0应变时，EGaIn的宽度变化；

(b,c)每次转移前后EGaIn的宽度比；

(d)EGaIn的宽度随拉伸次数n变化情况；

(e)测得和计算的电阻率随宽度变化情况。

图5：相变间接转移EGaIn的实际应用。

(a)一维拉伸传感器处于拉伸状态和在EGaIn四个水平和垂直方向线状排列的二维触觉传感器（形成16个交点）的结构示意图;

(b)一维拉伸传感器的相对电阻随外加应变的变化情况；

(c)半桥电路的电压变化，阻值相同的两个电阻器串联，一个用于转移EGaIn图案，另一个是芯片外碳薄膜电阻；

(d)EGaIn水平和垂直方向的归一化电阻随外加压力的变化情况；

(e)(x0,y0)交点处水平线（x0)方向的归一化电阻变化回线；

(f)二维触觉传感器的500次循环重复操作及其(g)约8个周期后的放大结果。

【小结】

本文首次提出并阐述了一种新型的液态金属EGaIn在平整Ecoflex表面连续线状成形方法，该方法也可以用于其余一部分镓基或铟基液态金属中，只需将系统加热到高于熔点温度。使用结合间距反馈的优化直接印刷系统，可制备结构更为复杂的图形。总之，上述结果为基于EGaIn的可穿戴柔性电子设备的研发开辟了一条新途径。

文献链接：Towards Sub-Microscale Liquid Metal Patterns: Cascade Phase Change Mediated Pick-n-Place Transfer of Liquid Metals Printed and Stretched over a Flexible Substrate（Adv. Funct. Mater.，2018，DOI：10.1002/adfm.201800380）

本文由材料人计算材料组Isobel供稿，材料牛整理编辑。

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