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液態(tài)鎵合金流變改性3D打印柔性電路

供稿人:陳煜宇,李滌塵   發(fā)布日期:2018-05-15

利用3D打印技術(shù)快速制造柔性電子設(shè)備所面對(duì)的挑戰(zhàn)之一是如何利用具有延展性的導(dǎo)體打印出復(fù)雜電路。共晶鎵合金由于具有高導(dǎo)電性、自愈性以及可延展性而被廣泛用作導(dǎo)電材料,其液態(tài)金屬特性被視作解決3D打印柔性電路問(wèn)題的關(guān)鍵。然而,液態(tài)鎵合金的低粘性與高表面張力導(dǎo)致其易于聚結(jié),需要在表面氧化薄膜的支撐下才能保持固定形狀,很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。

針對(duì)液態(tài)鎵合金材料存在的問(wèn)題,Oregon State University的Uranbileg Daalkhaijav等人提出了一種流變改性方法,其核心是向液態(tài)鎵合金內(nèi)參雜具有導(dǎo)電性的納米或微米尺度鎳粒子填充物,并用采用超聲手段對(duì)該混合物進(jìn)行處理,最終獲得適用于連續(xù)擠出成型3D打印工藝的膏狀合金材料。

該方法可以有效改變液態(tài)鎵合金的性質(zhì),所獲得的膏狀合金材料具有很好的3D打印成型性能,研究人員用其打印出了如圖1所示的復(fù)雜立體結(jié)構(gòu),性能測(cè)試后得到的結(jié)果顯示,在外力作用下,打印出來(lái)的結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性。此外,基于該膏狀合金材料,研究人員還制得了如圖2所示的柔性傳感器,性能測(cè)試后得到的結(jié)果顯示,膏狀合金材料具有與純液態(tài)鎵金屬相近的高導(dǎo)電性(3.9×106±9.5×105S?m-1)、自愈性以及可延展性(應(yīng)變大于350%)。該研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景,有望被用于制造柔性傳感器、軟性電子設(shè)備以及軟體機(jī)器人。

圖1 膏狀合金材料3D打印結(jié)構(gòu)
圖2 膏狀合金材料3D打印柔性傳感器

參考文獻(xiàn):

  1. Daalkhaijav U, Yirmibesoglu O D, Walker S, et al. Rheological Modification of Liquid Metal for Additive Manufacturing of Stretchable Electronics[J]. Advanced Materials Technologies, 2018.
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