Печать жидким металлом решит проблему гибких электронных устройств и носимых технологий

Новое исследование показало, как может использоваться технология струйной печати для серийного выпуска электронных микросхем из сплавов жидких металлов для производства мягких роботов и гибкой электроники.

Эластичные технологии могут привести к созданию нового гибкого класса роботов и растягиваемых предметов одежды, которые люди могли бы носить, чтобы взаимодействовать с компьютерами, либо в медицинских целях.

Однако прежде необходимо развить новые технологии производства, и лишь затем «мягкие роботы» станут коммерчески реальными, заявила доцент Ребекка Крамер из университета Пурдю.

«Мы намерены создать растягиваемую электронику, которая будет совместимой с мягкими роботами, способными при необходимости сжиматься, или носимые технологии, которые не ограничивают движение», сказал она. „Проводники, сделанные из жидкого металла, будут способны растягиваться и деформироваться без разрушения“.

Новый производственный подход сосредоточен на использовании струйной печати для создания устройств, сделанных из жидких сплавов.

«Теперь этот процесс позволяет нам печатать гибкие и растягиваемые проводники на чем угодно, включая эластичные материалы и ткани», сообщила Крамер.

Результаты работы опубликованы в издании Advanced Materials. В статье главным образом представлен метод под названием механическое спекание наночастиц галлия-индия, и описано соответствующее исследование.

Печатные чернила производятся рассеиванием жидкого металла в неметаллическом растворителе с использованием ультразвука, который разрушает жидкий металл на наночастицы. Такие чернила с наночастицами совместимы с технологией струйной печати.

«В исконной форме жидкий металл не годится для струйной печати», пояснила Крамер. „А потому мы создали наночастицы жидкого металла, которые достаточно малы, чтобы беспрепятственно проходить через струйные сопла. Разрушение жидкого металла ультразвуком в растворителе, таком как этанол, создает наночастицы и рассеивает их по растворителю. Полученными чернилами можно печатать на любом основании. Этанол испаряется, и на поверхности остаются лишь наночастицы жидкого металла“.

После печати наночастицы необходимо соединить, приложив малое давление, благодаря чему материал становится проводящим. Этот шаг обязателен, поскольку наночастицы жидких металлов изначально покрыты окисленным галлием, который выполняет функцию кожи и предотвращает электропроводимость.

«Но кожа эта хрупкая, а потому под давлением она разрушается, и наночастицы объединяются в однородную пленку», заметила Крамер. „Мы можем сделать это с помощью штамповки или перемещения чего-либо острого по поверхности“.

Метод позволяет выборочно активировать области нанесения в зависимости от проекта и предполагает, что технический участок пленки может быть использован для множества потенциальных применений.

В дальнейшем ученые намерены исследовать, как взаимодействие между чернилами и печатаемой поверхностью может способствовать выпуску специфических типов устройств.

«Например, как отличается поведение наночастиц на гидрофобных и гидрофильных поверхностях? Какой должна быть формула чернил, и как использовать их взаимодействие с поверхностью, чтобы обеспечить самосборку частиц», заключила Крамер.

Наконец, ученые намерены исследовать и смоделировать, как разрушаются отдельные частицы под давлением, что позволит производить ультратонкие трассы и новые типы датчиков.