基于溶剂辅助液态金属填充和选择性去润湿的多层可拉伸电路

以下文章来源于液态金属FM ，作者gangsheng

液态金属的高表面张力使其难以通过常规方法直接嵌入开放微通道中。近日，成均馆大学Tae-il Kim团队利用溶剂辅助液态金属填充的方法，实现了液态金属在亚微米(~400 nm)开放通道的可控嵌入。作者在含有开放通道的弹性体表面先后铺覆有机溶剂和液态金属，在加热作用下有机溶剂扩散进入弹性基质中并挥发，导致通道内形成空腔，液态金属在负压下填充入微通道内。在移除多余液态金属的过程中，液态金属选择性去润湿，通道中的液态金属得以保留形成稳定的图案化导电通路。同时，研究人员基于该方法制备了可拉伸近场通信（NFC）器件，该器件上下两层之间通过LM过孔稳定连接，可在循环拉伸的应变（~50%）下稳定工作。最后，研究人员基于LM的液体粘附性质提出模块化可拉伸电子器件的概念，可以按需拆卸替换相关功能模块。相关工作以《Solvent-Assisted Filling of Liquid Metal and Its Selective Dewetting for the Multilayered 3D Interconnect in Stretchable Electronics》为题发表在《ACS Nano》上。

图1.溶剂辅助LM填充示意图。(a)-(d)溶剂辅助液态金属填充的流程图；(e)-(h)LM填充和选择性去浸润的SEM表征；(i)选择性去浸润过程及电子器件集成。

图2.溶剂辅助LM填充的机制。（a）高溶胀比和（b）低溶胀比情况下的传质机制；在60℃条件下，具有不同溶胀比的（c）异丙醇、（d）酒精和（e）甲醇溶剂辅助液态金属填充。

图3.通过实验、理论和数值模拟确定开放通道的几何形状（a） LM填充的影响因素；通道中填充LM(b)和排空（c）的截面图像；（d）通道内LM排空的俯视图，右图显示的是数值模拟的结果；（e） LM填充和排空图：圆点表示填充(蓝色)和排空(红色)几何图形的实验结果；蓝线为理论线，用以确定填充和排空几何形状；粉色星星和线是填充和排空的数值模拟所确定的边界；（f）开放通道中LM充填以及排空的代表性数值模拟结果。每幅示意图的左、右分别说明了每个案例脱水前后的情况。图中灰色、青色、天蓝、蓝色和深蓝色分别代表LM、通道底部、通道壁、脊部和横截面。

图4.溶剂辅助LM填充的制备及表征。(a)带有LM过孔的可拉伸电子器件的制造过程示意图；(b) NFC能量收集器原理图；(c)NFC在0%应变下工作；(d)迷你LED连接入液态金属线路；(e）截面图；(f）NFC在50%应变下工作；(g)可拉伸NFC能量收集器在单轴应变下的阻抗与频率的关系;（h) NFC线圈和通孔在单轴应变下的总电阻变化；(i)模块化电子的示意图；（j）更换功能模块；(k)液态金属触点截面。

参考文献：Jung, W. et al. Solvent-Assisted Filling of Liquid Metal and Its Selective Dewetting for the Multilayered 3D Interconnect in Stretchable Electronics. ACS Nano (2022). https://doi.org:10.1021/acsnano.2c09994

转自：“i学术i科研”微信公众号

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