Se mor, ingen hænder:Forskere bruger vakuum til håndfri mønstre af flydende metal

North Carolina State University ingeniører har brugt vakuum til at skabe en mere effektiv, håndfri metode til at fylde komplekse mikrokanaler med flydende metal. Deres arbejde adresserer to af de mest almindelige vanskeligheder med at skabe flydende metalfyldte mikrokanaler og kan muliggøre bredere brug af flydende metaller i elektroniske og mikrofluidiske applikationer.

Flydende metaller er lovende som bløde, strækbare elektriske komponenter såsom antenner, kredsløb, elektroder og ledninger. Disse applikationer kræver ofte evnen til at mønstre det flydende metal til forskellige og nogle gange komplicerede former i skalaer mindre end 100 mikron, eller bredden af ​​et menneskehår. Dette opnås ved at skubbe det flydende metal ind i mikrokanaler - små, hule, rørlignende strukturer i et fleksibelt elastomermateriale. Den mest almindelige metode til at skabe disse mønstre er injektion, som skubber metallet ind i kanalerne via et lille hul, eller indløb.

Imidlertid, injektion har to specifikke ulemper. Først, det nødvendige tryk for at skubbe metallet ind i mikrokanalen kan få kanalerne til at briste og lække. Sekund, at fylde hele kanalen, luften, der er fanget i den, skal have et middel til at undslippe. Det betyder, at hver kanal skal have to åbninger - et indløb og et udløb - som optager ekstra plads og kan forårsage mikrokanaldeformation på udløbsstedet.

"Ved at bruge vakuum kan vi løse begge disse problemer, " siger Michael Dickey, professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver arbejdet. "Vi placerer en dråbe flydende metal oven på indløbet og udsætter elastomeren for vakuum. Luften undslipper mikrokanalen gennem dråben af ​​flydende metal, der dækker indløbet, eller gennem selve kanalernes vægge. Når elastomeren udsættes for atmosfæren igen, metallet bliver skubbet ind i mikrokanalerne."

For at teste effektiviteten af ​​tilgangen, Dickey og hans team skabte en "labyrint" af mikrokanaler inden for poly(dimethylsiloxan), eller PDMS, en siliciumelastomer, der almindeligvis anvendes i mikrofluidapplikationer. Mikrokanalerne var 100 mikrometer brede og 50 mikrometer høje, med små tværsnit, mange grene, og mange blindgyder. Den lille skala og den begrænsede plads betød, at der kun var et indtag og ingen plads til at slå luften ud, så luften kunne slippe ud. Så lagde de en dråbe af det flydende metal EGain, en blanding af gallium og indium, oven på indløbet og udsat det for vakuum.

"Ved at bruge vakuum fandt vi ud af, at kanalerne var fuldstændig fyldt med færre defekter sammenlignet med injektionsmetoden, og uden behov for stikkontakter, " siger Dickey.

Papiret, "Vakuumfyldning af komplekse mikrokanaler med flydende metal, " vises i Lab on a Chip .