Advanced Functional Materials:液态金属-硅胶墨水实现柔性电子的全打印制造

近年来,具有出色的可变形性和环境适应性的柔性电子设备在软机器人,人机接口等领域展现出了巨大的潜力。在各类柔性导电材料中,液态金属由于其高导电性和本征可拉伸性而被广泛使用。然而受限于液态金属大的表面张力和低的粘度,当前很难用一种简单的方式高效、高精度的打印液态金属,此外,液态金属的强流动性也使得在局部破坏发生时极易产生泄漏,进而导致柔性器件的失效,这些问题严重限制了液态金属基柔性电子设备的制造和应用。

浙江大学机械工程学院贺永课题组针对上述挑战,进行了系统的研究,提出了一种独特的液态金属-硅胶墨水和相应的多材料3D打印工艺用以制造全打印的液态金属基柔性电子设备。这种液态金属-硅胶墨水是一种液态金属微滴和硅胶的浓缩混合物,具有独特的电气性能:初始状态不导电,但在机械激活(按压或冷冻)后导电。激活后的液态金属-硅胶墨水继承了液态金属出色的导电性、可拉伸性和对变形灵敏的电气响应,是一种理想的柔性导电材料。同时,该墨水还具备出色的可打印性,能够用简单的挤出打印设备实现柔性电路的高速度、高精度打印。此外,由于与常用的柔性材料——硅胶具有相同的组分,液态金属-硅胶墨水能与硅胶基底形成可靠的粘接,从而避免了局部破坏时导电材料的泄漏,提高了柔性器件的可靠性。液态金属-硅胶墨水的这些优点使得高效、高精度的打印高度可靠的液态金属基柔性电子器件成为了可能。

研究者相信,此项研究将会为液态金属的3D打印提供一种新的解决方案,有望促进复杂的液态金属基柔性电子器件的快速实现和实际应用。相关论文以“All‐Printed Flexible and Stretchable Electronics with Pressing or Freezing Activatable Liquid‐Metal–Silicone Inks”为题,在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201906683)上。