液态金属制、柔韧自修复式天线

flexible_antenna研究人员已将自复式液态金属镶嵌到具有柔韧性的基板中,来制造既具有柔韧性又具有自复性的天线,并且这种天线还可以从实际上测量它们所受到的压力。

在工程师们逐渐尝试着将电子器件整合到服装和医疗设备中时,与我们用于制造硬件的材料的属性发生了冲突。用于典型电子设备的许多材料硬且脆,柔韧性差且易被损坏,而材料科学家们正在寻找各种的选择来取而代之。在《Advanced Functional Materials》最新的一篇论文中,介绍了一种使用液态金属形成天线的技术。生成的硬件具有柔韧性和自复性的,并且还可以根据其所受压力改变自身频率。

由于液态金属相当明显的柔韧性,所以这一新产品背后的构思相当的简单。这的确显而易见,但是,要利用这个原理却也是非常具有挑战性的。对于在室温下能成为液态的金属,种类很有限,况且不是所有这些都是切实可行的选择。举个例子来说,就是在当今时代,没有人会愿意将任何包含大量水银的物质投放到市场中。

作者着重将镓(室温下为液态)和铟的合金以各种比例混合,以使它们的熔化温度最小化。所得的合金具有一个十分有用的特性,即在其他实验的进行过程中,该合金一接触到空气,就会形成氧化层从而避免了自由流动。

该氧化层结构上不太坚固,因此研究团队从一种常见的名叫聚二甲硅氧烷(PDMS)的挠性聚合体 开始进行实验。这种聚合物常常用于大量的材料科学工作。对于大多数的实验而言,在PDMS的铸造中,其内槽先由镓铟合金注满而后进行密封。

和起始材料一样,生成的设备具有高柔韧性,可弯曲、扭曲、对折或以超过正常长度的40%来拉伸。释放应力后,PDSM就急速返回原状,而由其内部液态金属形成的天线则始终保持正常的功能。

作者甚至可以使用剃刀刀片切断天线,在许多情况下,一旦剃刀被移走,,两端会自动重新形成一根导线。而在其他情况下,作者们却必须要按住已切断的两端以使其重新建立连接。那层薄薄的氧化层的关键之处就在于。尽管它可以帮助容纳PDMS被切断之后其中的液态金属,但是它却不足以坚固到可以使得两端重新连接。

这种柔韧性的一个有趣的副作用之一就是天线的物理构造会通过拉伸而被改变,而这也会导致其感应的频率的改变。即便仅仅将设备伸展8毫米,最大灵敏度的变化也将超过200MHZ。

显然,镓铟合金比当前用于天线制造的许多金属稍贵一点,但是事实上,这种类型的设备耐压性强,并且具有一定程度的自复能力,本质上讲这些特点可以使得它更加持久耐用,从长远意义来看也很划算。它无需锡焊,因为仅仅将一根金属丝刺进液体就足以构成一次电路接触。作者也建议更好地将它的应激性用于远程监控机械和工程结构(如桥)的整合。

如果这些能够投入市场的话,那么用它们制造高柔韧度发光二极管不失为一个良机。

J.-H. So et al., Advanced Functional Materials, 2009. DOI: 10.1002/adfm.200900604