Звуковое Воздействие на Крошечные Металлические Капли Создает Провода для Мягкой Электроники

Распыление капель жидкого металла ультразвуком предлагает новый способ изготовления проводов для эластичной, гибкой электроники.

Методика, описанная в журнале Science от 11 ноября, добавляет новый подход к инструментарию ученых, разрабатывающих схемы для медицинских датчиков, которые крепятся к коже, носимой электроники а также в других областях применения, где электроника с жесткими схемами далека от идеала.

Ученые начали с рисования на листах эластичного пластика линий из микроскопических капель, сделанных из сплава галлия и индия. Металлический сплав становится жидким при температурах выше примерно 16° по Цельсию.

Благодаря тому, что жидкий металл является электропроводным, капли быстро окисляются. Этот процесс покрывает каждый из них тонким изолирующим слоем. Слои несут статические заряды, которые раздвигают капли, делая их бесполезными для подключения светодиодов, микрочипов и других компонентов в электронных схемах.

Воздействуя на микросферы высокочастотными звуковыми волнами, исследователи заставляли микроскопические шарики выделять еще более мелкие, наноскопические шарики из жидкого металла. Крошечные сферы заполняют промежутки между более крупными, и этот тесный контакт позволяет электронам проходить через оксидные слои, так что капли могут переносить электричество.

Когда пластик, на котором напечатаны капли, растягивается или сгибается, большие металлические шарики могут деформироваться, в то время как меньшие действуют как твердые частицы, которые перемещаются, чтобы поддерживать контакт.

Исследователи продемонстрировали свои проводники, соединив электронику в эластичный узор из светодиодов, отображающий инициалы Лаборатории Дизайна Динамических Материалов, где была выполнена работа. Команда также создала датчик с проводниками, который может контролировать кровь через кожу человека.

«Применение гибкой электроники не ново», –  говорит специалист по материалам Джихон Кан из Корейского передового института науки и технологий в Тэджоне, Южная Корея.

Но, по его словам, у нового подхода есть преимущества перед другими конструкциями, например, теми, которые основаны на каналах, заполненных жидким металлом, который может протекать при повреждении схемы. Жидкий металл в проводниках, которые разработали Кан и его коллеги, остается в ловушке в крошечных сферах, встроенных в пластик, и остается на месте, даже если материал порван.

«Провода из жидкого металла часто использовались в качестве проводников для эластичной электроники», – говорит Кармел Маджиди, исследователь в области машиностроения из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, которая не участвовала в новом исследовании.

«Использование ультразвука представляет собой “новый подход к достижению такой проводимости”. Другие группы добились этого, нагревая контуры, подвергая их воздействию лазеров, сдавливая их или вибрируя контуры, чтобы заставить капли соединяться друг с другом», – говорит он.

Маджиди не убежден, что ультразвуковой подход может изменить правила игры для гибких схем. Но он говорит, что давно пора опубликовать эту тему в таком ведущем журнале, как Science.

«Лично я очень рад видеть, что область в целом и этот конкретный тип материальной архитектуры сейчас приобретают такую заметность».

Источник новости Science