基于多层液态金属网络的可拉伸薄膜电极

以下文章来源于液态金属FM ，作者ChenYi

金属薄膜电极在变形时电阻增加会造成信号失真和能量消耗，构筑抑制这一正压阻特性的高导电金属薄膜电极仍存在挑战。近日，韩国先进科学技术研究院Jung-Yong Lee团队基于热蒸发沉积技术制备了具有负压阻特性的铟/氧化膜/镓（InOG）多层网络结构可拉伸薄膜电极。利用镓对铟氧化膜的高浸润性，实现镓和铟纳米团簇的稳固连接，从而克服高表面张力液态金属在成膜上的困难。在拉伸过程中，镓氧化膜的破裂导致镓铟合金化以及多层金属网络连接形成新的导电通路，这赋予了薄膜电极巨大的负压阻特性。此外，该电极可以与其他常规电极材料复合实现性能的互补提升。最后，作者展示该电极在互连导线，应变传感器和可拉伸加热器等方面的应用。相关研究成果以“Stretchable Electrodes Based on Over-layered Liquid Metal Networks”为题发表在《Advanced Materials》上。

图1.（a）电极制备步骤，Ⅰ O2等离子体处理TPU基底，Ⅱ 沉积铟，Ⅲ 暴露在空气中形成氧化膜，Ⅳ 沉积镓；（b，c）不同组分液态金属的SEM图以及I-V曲线；（d）使用XPS验证In氧化层的形成。

图2.（a）不同等离子体处理参数下对应的TPU表面能、In和Ga纳米簇尺寸、InOG膜电阻；（b）使用随机分布的圆柱体模型模拟In和Ga纳米簇的电场分布；（c）仿真以及实验得到的不同厚度纳米簇对应的InOG初始膜电阻；（d）不同厚度纳米簇对应的InOG在第一次拉伸时的电阻变化；（e）InOG电极的空隙率和负压阻率。

图3.（a）负压阻效应产生的两个原因，镓氧化膜破裂并流出形成新的导电通路，铟氧化膜破裂导致与镓接触形成镓铟合金；（b）不同电极的应变电阻变化；（c）InOG电极在拉伸下的SEM图；（d）拉伸前后的XPS比较；（e）拉伸后的XRD表征；（d）电学模拟InOG在拉伸下的电阻变化。

图4. 不同厚度纳米簇对应的InOG在50%应变下的（a）稳定性测试（100个循环）以及（b）抗疲劳测试（50000个循环），由于纳米簇之间的导电通路的形成是可逆的，所以电极具有稳定性；（c）AFM测得的表面粗糙度；（d）InOG拉伸之后的台阶高度变化；（e）InOG与Al复合时的压阻效应；（f）InOG分别与Al和Ag复合时的稳定性。

图5.（a-b）电极贴在手肘和膝盖上测应变电阻；（c-d）电极的压力和扭转响应；（e）阶梯型应变下的电阻变化；（f）利用惠斯通电桥构建应变检测电路；（g）惠斯通电桥的应变响应与单个电极的比较；（h）制备加热器；（i）由应变传感器控制的LED阵列。

文章信息：

Han S, Kim K, Lee S Y, et al. Stretchable Electrodes Based on Over-layered Liquid Metal Networks[J]. Advanced Materials, 2023, 2210112

https://doi.org/10.1002/adma.202210112

转自：“NANO学术”微信公众号

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