Science：柔性液态金属密封材料

以下文章来源于液态金属FM ，作者液态金属FM

传统的刚性电子设备通常用封装材料包裹，以防止氧气和水等活性物质与敏感物质接触，从而确保设备的长期稳定性。然而，目前尚未有类似的可拉伸封装材料可为可拉伸设备和系统提供密封性。可拉伸材料如弹性体，具有大的自由体积和高的链构活动性，因此很容易渗透气体。因此，杨氏模量较低的材料通常具有高的气体渗透性。目前解决这类挑战的方法涉及结合杨氏模量较低的材料如弹性体和气体渗透性较低的材料如无机或金属材料，但这些方法要么显示出有限的伸展性，要么显示出有限的密封性。

上海交通大学邓涛教授、尚文副研究员团队、北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey、A123系统公司研发中心Wang Jun合作通过将液态金属填充在弹性体薄膜中，构筑了可拉伸的密封材料。作者展示了这种柔性密封材料在可拉伸锂离子电池封装保护中的应用潜力。此外，在充分利用液态金属散热性能和电磁屏蔽性能的基础上，作者还展示液态金属可拉伸密封系统在热管理和无线通讯方面的应用。相关研究成果以“Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems”为题发表在《Science》上。

图1 液态金属的透气性。(A)金属、弹性体和LM的机械和密封性能示意图。金属通常具有刚性（高杨氏模量）和低透气性。弹性体具有弹性（低杨氏模量）和高透气性。LM表现出流动性（有效地为零杨氏模量）和与其它金属一样低的透气性。(B)各种可拉伸材料的杨氏模量与水渗透率的关系。(C)各种可拉伸材料的杨氏模量与透氧性的关系。除EGaIn的数据外，（B）和（C）中所有材料的数据点均来自（7）。在（B）和（C）中包括普通金属阻挡材料（Al）作为参考。

图2 液态金属密封材料用于锂离子电池保护。A)分解示意图显示了集成到可拉伸LIB中的LM基密封的关键组件。(B)可拉伸LIB的内部单元的示意性配置。(C)带有LM基密封的可拉伸LIB的照片。（D和E）来自（D）顶视图和（E）横截面视图的PDMS片上的图案化玻璃珠的光学显微镜图像。(F)无拉伸条件下带LM基密封的LIB照片。(G)拉伸下带LM基密封的LIB照片。(H)带和不带LM密封的LIB的质量变化。两个LIB的内部电池均填充有水基电解质。

图3 可拉伸LIB在无变形情况下的电气性能。（A）在0.6 mA/cm 2电流密度下，具有和不具有LM基密封的LIB的室温循环寿命比较。粉红点表示具有LM基密封的LIB的相应库仑效率。(B)带和不带LM密封的LIB之间第100次循环的EIS比较。（插图）带LM密封的LIB EIS低阻抗部分的详细视图。(C)不带LM密封的LIB的周期依赖性EIS。(D)带LM基密封的LIB连续和间歇运行的容量保持率比较。(E)带有LM基密封的LIB的充电和放电速率能力（黑色和蓝色点）和库仑效率（粉色点）。

图4.带有LM基密封件的可拉伸LIB在变形下的电气性能。(A)在0、5、10和20%应变下具有LM基密封件的LIB的恒电流电压分布和（B）EIS。（A）和（B）中的虚线表示相应插图中所示的放大区域。(Top插图）详细观察在0、5、10和20%应变下LIB的恒电流放电曲线的末端。（底部插图）详细查看LIB EIS的高频范围。(C)LIB在连续循环拉伸（20%）、弯曲（60 °）和扭转（90 °）下的电压曲线（黑色曲线）和放电容量（粉红色点）。（插图）LIB的相应变形的示意图。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade7341

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