8月26日,记者了解到,来自清华大学医学院、中科院理化所的刘静教授团队从事液态金属相关研究近二十年,该研究小组发现,在室温下呈液态的镓及其合金,拥有良好的导电性、柔性和生物相容性,可作为一种绝佳的液态柔性导电材料,用于制备可拉伸的柔性电子器件及电子电路。


近日,该研究团队成功研发出一种基于磁性液态金属的多功能柔性电路。这种多功能柔性电路具有可修复、可降解以及可转印等功能。该成果以“Magnetic liquid metal (Fe-EGaIn) based multifunctional electronics forremote self-healing materials, degradable electronics and thermal transferprinting”为题发表在国际知名期刊Advanced Science上,清华大学国瑞博士生和理化所孙旭阳博士为本文的共同第一作者,通讯作者为清华大学刘静教授。


在这项工作中,研究人员将特定质量分数的铁粉掺杂在镓铟合金中,配制成一种磁性液态金属浆料。掺杂在液态金属中的固态铁颗粒不仅降低了液态金属的流动性,使其更易塑形和印刷,而且可以通过外加磁场控制磁性液态金属浆料中的铁颗粒运动。此外,早期的研究发现这种掺杂固态金属颗粒的液态金属浆料在不同基底材料表面的粘附性具有显著差距。基于该原理,研究人员将对磁性液态金属粘附性较高的果糖胶水事先涂敷在对磁性液态金属浆料粘附性较差的PVA薄膜表面,之后将该薄膜压覆在涂布磁性液态金属浆料的基板上。在磁场作用下,磁性液态金属浆料被转印到涂覆有果糖胶水的PVA薄膜表面(图1a)。


该项工作使用的三种材料(磁性液态金属、PVA薄膜以及果糖)分别赋予该柔性电路可修复、可降解以及热转印等功能(图1c,d,e)。

科学家研发磁性液态金属多功能柔性电路 可修复、可降解及转印

图1 a 磁性液态金属电路的制备流程;b双层磁性液态金属柔性电路;c 磁性液态金属使能的电路修复过程;d PVA薄膜使能的可降解电路;e 果糖使能的电路热转印过程。


1.磁性液态金属用于电路修复


该研究发现在外界磁场作用下,分布在磁性液态金属中的铁颗粒可以被聚集以及跟随磁场运动,并且由于毛细作用,带动部分液态金属发生位移。基于此,受外界机械力切断的液态金属电路可以通过一块永磁体非接触地将受损部位重新连接。文章展示了这种磁性液态金属电路用于可重构天线以及机器人电路的修复(图2)。

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万博平台代理 图2 磁性液态金属使能的可修复电路及其应用


万博平台代理 2.水溶性PVA薄膜实现电路降解


此外,这项工作使用的PVA薄膜和果糖都具有很好的水溶性,因此在水环境中这种柔性电路可以被快速分解,并且其中的磁性液态金属可以被部分回收。该功能可以进一步降低电路的使用成本以及减少环境污染(图3)。

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图3 水溶性PVA薄膜实现电路的可降解功能


3.果糖使能的电路热转印


最后,研究发现在高温环境下,果糖对磁性液态金属浆料的黏附性大大降低,使得黏附在其表面的磁性液态金属电路可以完全转移到其他柔性基底表面,如Ecoflex等,用于制备可拉伸的电子电路(图4)。

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图4 果糖使能的电路热转印


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