Ультразвуковое воздействие на капли жидкого металла предлагает новый способ создания проводки для растягивающейся, изгибающейся электроники.
Этот метод, описанный в журнале Science от 11 ноября, добавляет новый подход к инструментарию исследователей, разрабатывающих схемы для медицинских датчиков, которые крепятся к коже, носимой электроники и других применений, где жесткие схемы электроники менее чем идеальны
Исследователи начали с нанесения на листы растягивающегося пластика линий микроскопических капель из сплава галлия и индия. Этот металлический сплав становится жидким при температуре выше 16° по Цельсию.
Хотя жидкий металл электропроводен, капельки быстро окисляются. В результате этого процесса каждая из них покрывается тонким изолирующим слоем. Этот слой несет статический заряд, который отталкивает капли друг от друга, делая их бесполезными для соединения светодиодов, микросхем и других компонентов электронных схем.
Ударяя по микросферам высокочастотными звуковыми волнами, исследователи заставили микроскопические шарики выбросить еще более мелкие, наноскопические шарики жидкого металла. Крошечные шарики заполняют промежутки между большими, и этот тесный контакт позволяет электронам туннелировать через оксидные слои, чтобы капли могли проводить электричество.
Когда пластик, на котором напечатаны капли, растягивается или изгибается, большие металлические шарики могут деформироваться, а маленькие действуют как жесткие частицы, которые смещаются, чтобы сохранить контакт.
Исследователи продемонстрировали свои проводники, соединив электронику в растягивающийся узор из светодиодов с инициалами Лаборатории дизайна динамических материалов, где проводилась работа. Команда также создала датчик с проводниками, который может контролировать состояние крови через кожу человека
Применение гибкой электроники не ново, говорит материаловед Джихонг Канг из Корейского института науки и технологий в Тэджоне, Южная Корея. Но, по его словам, новый подход имеет преимущества перед другими разработками, например, теми, которые основаны на каналах, заполненных жидким металлом, который может протекать при повреждении схемы. Жидкий металл в проводниках, которые разработали Канг и его коллеги, остается в ловушке в крошечных сферах, которые встроены в пластик, и остается на месте даже при разрыве материала.
Провода из жидкого металла часто использовались в качестве проводников для растягивающейся электроники, говорит Кармель Маджиди, исследователь в области машиностроения из Университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге, который не принимал участия в новом исследовании. Использование ультразвука представляет собой «новый подход к достижению такой проводимости». По его словам, другие группы добивались этого путем нагревания контуров, воздействия на них лазером, сжимания или вибрации контуров, чтобы заставить капли соединиться друг с другом.
Маджиди не уверен, что ультразвуковой подход изменит ситуацию с гибкими схемами. Но он говорит, что уже давно пора опубликовать эту тему в таком ведущем журнале, как Science. «Я лично очень рад, что эта область в целом и этот конкретный тип архитектуры материалов сейчас получают такую известность».