由浦项科技大学主办 拉伸过程中粘性液态金属颗粒的光学显微镜和扫描电子显微镜图像
在此过程中，微粒表面上的氧化膜可能会拉伸并形成褶皱，即使重复拉伸也不会断裂
信用:POSTECH 今天的电子设备努力追求新的外形——使它们可折叠、可拉伸和可变形
为了生产这种高度可拉伸或可变形的器件，有必要开发其电性能能够承受剧烈变形或机械损伤的电极和电路
为此，POSTECH-Yonsei大学联合研究小组最近开发了液态金属墨水，以加速可以变成任何形状的印刷电子设备
郑云勇教授和博士
波斯泰克大学材料科学与工程系的塞尔瓦拉杰·维拉潘迪安与金鲁贤·索恩教授和博士
延世大学材料科学与工程系的张旭开发了具有高导电性和粘塑性的液态金属微粒
这些研究结果发表在2021年1月4日的国际权威杂志《自然材料》上
电子设备通常使用由诸如金、银或铜等硬金属制成的电极和电路线路
然而，这种金属基底在受到外部压力和伸长时会破裂并失去导电性，使得它们不适合用于可变形电子器件
相反，液态金属——在室温下像液体一样流动，并且容易变形和具有高导电性——因其在可拉伸线路中的潜在适用性而引起了人们的极大关注
然而，当这些液态金属被制成墨水时，在表面会形成一层绝缘的氧化皮，在印刷后会去除它们的导电性
联合研究小组设计了一种方法，通过在薄膜中掺杂氢离子，将液态金属微粒的氧化膜转化为导体
为了通过氢掺杂从理论上验证氧化膜的导电性，该团队使用基于量子力学的材料模拟来证实氢掺杂的氧化铟或氧化镓可以具有与目前在透明电极中使用的氧化铟锡(ITO)电极相似的导电性
研究人员还证实，表面吸附有聚合物的掺氢氧化膜具有粘塑性，可以承受约300%的拉伸应变而不会断裂
双印刷同心天线结构
通过在同心圆结构的顶部涂覆新的同心圆，可以印刷双层天线结构
信用:POSTECH 这种含有掺氢液态金属微粒的新型液态金属油墨允许在各种可拉伸的基底上直接印刷三维线路
由于微粒可以在变形时改变形状，同时保持高导电性，所以印刷电极和电路线即使在拉伸超过500%时也显示出可忽略的电阻变化，并且即使在高湿度、高温或严重的机械损伤等恶劣环境下也能保持电性能
这项创新技术有望推动下一代可拉伸装置的发展
延世大学的金鲁贤·索恩教授说:“迄今为止，从未对金属氧化物的高粘塑性进行过研究。”
“最初对导电氧化物表层粘塑性的研究，为开发半导体和绝缘体的韧性金属氧化物开辟了可能性
" 由郑云勇教授领导的POSTECH研究团队正在利用新开发的油墨和印刷技术，努力实现高度可拉伸电路的商业化
由于他们的液态金属油墨允许使用传统的印刷方法制造复杂的三维电路而没有漏电流，这种新油墨预计将通过三维印刷高度适用于机器人、电子皮肤和可穿戴设备等其他行业
“这项研究的最终目标是开发可拉伸和可折叠的三维电子设备，即使在恶劣的环境或机械损坏下也能保持其电子特性，”郑云勇教授补充道
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