Flydende metalblæk frigiver form

Nutidens elektroniske enheder stræber efter nye formfaktorer - for at gøre dem foldbare, strækbar, og deformerbar. For at fremstille sådanne enheder, der er meget strækbare eller deformerbare, det er nødvendigt at udvikle elektroder og kredsløbslinjer, hvis elektriske egenskaber kan modstå hård deformation eller mekanisk skade. Til dette, POSTECH-Yonsei Universitys fælles forskerhold har for nylig udviklet flydende metalblæk til at accelerere trykte elektroniske enheder, der kan ændres til enhver form.

Professor Unyong Jeong og Dr. Selvaraj Veerapandian fra POSTECH's Institut for Materialevidenskab og Engineering, med professor Aloysius Soon og Dr. Woosun Jang fra Yonsei Universitys afdeling for materialevidenskab og -teknik, har udviklet flydende metalmikropartikler med høj ledningsevne og viskoplasticitet. Disse forskningsresultater blev offentliggjort i det autoritative internationale tidsskrift Naturmaterialer den 4. januar, 2021.

Elektroniske enheder bruger konventionelt elektroder og kredsløbslinjer lavet af hårde metaller såsom guld, sølv, eller kobber. Imidlertid, sådanne metalsubstrater revner og mister deres elektriske ledningsevne ved eksternt tryk og forlængelse, gør dem uegnede til brug i deformerbare elektroniske enheder. Tværtimod, flydende metaller - der flyder som en væske ved stuetemperatur og er let deformerbare og stærkt ledende - har tiltrukket sig stor opmærksomhed for deres potentielle anvendelighed i strækbare kredsløbslinjer. Imidlertid, når disse flydende metaller omdannes til blæk, der dannes en isolerende oxidhud på overfladen, der fjerner deres ledningsevne efter at være blevet printet.

Det fælles forskerhold udtænkte en metode til at omdanne oxidfilmen af ​​de flydende metalmikropartikler til en leder ved at dope hydrogenioner ind i filmene. For teoretisk at verificere ledningsevnen af ​​oxidfilmen via hydrogendoping, holdet brugte kvantemekanik-baserede materialesimuleringer for at bekræfte, at de hydrogendoterede indiumoxider eller galliumoxider kan have en elektrisk ledningsevne svarende til de indiumtinoxid (ITO) elektroder, der i øjeblikket anvendes i gennemsigtige elektroder. Forskerne bekræftede desuden, at den hydrogen-doterede oxidfilm med polymeradsorption til overfladen havde viskoplasticitet, der kunne modstå omkring 300 % forlængelsesbelastning uden at gå i stykker.

Denne nye flydende metalblæk indeholdende de hydrogendoterede flydende metalmikropartikler tillod direkte udskrivning af 3D-kredsløbslinjer på forskellige strækbare substrater. Da mikropartiklerne kunne ændre formen ved deformation og samtidig opretholde høj ledningsevne, de trykte elektroder og kredsløbslinjer udviste ubetydelig ændring i modstand, selv når de blev strakt over 500 % og bibeholdte elektriske egenskaber selv i barske miljøer som høj luftfugtighed, høje temperaturer eller alvorlige mekaniske skader. Denne innovative teknologi forventes at muliggøre udviklingen af ​​næste generation af strækbare enheder.

"Så høj viskoplasticitet af metaloxider er aldrig blevet undersøgt hidtil, " bemærkede professor Aloysius Soon fra Yonsei University. "Det, der begyndte som en undersøgelse af viskoplasticitet af ledende oxid-hud, har åbnet mulighederne for at udvikle duktile metaloxider af halvledere og isolatorer."

POSTECHs forskerhold ledet af professor Unyong Jeong arbejder på kommercialisering af stærkt strækbare kredsløb ved hjælp af den nyudviklede blæk- og printteknologi. Da deres flydende metalblæk gør det muligt at bruge traditionelle printmetoder til fremstilling af komplekse 3-D-kredsløb uden lækstrøm, det nye blæk forventes at være yderst anvendeligt i andre industrier som robotteknologi, elektroniske skins, og bærbare enheder gennem 3-D-print.

"Det ultimative mål med denne forskning er at udvikle strækbare og foldbare 3D elektroniske enheder, der bevarer deres elektroniske egenskaber selv under barske forhold eller mekaniske skader, " tilføjede professor Unyong Jeong.