Według naukowców z Pekinu w Chinach materiały codziennego użytku, takie jak papier i tworzywa sztuczne, można przekształcić w elektroniczne „inteligentne urządzenia” za pomocą prostej nowej metody nakładania ciekłego metalu na powierzchnie. Badanie, opublikowane 9 czerwca w czasopiśmie Cell Reports Physical Science, demonstruje technikę nakładania powłoki z ciekłego metalu na powierzchnie, które nie wiążą się łatwo z ciekłym metalem. Podejście to zostało zaprojektowane do pracy na dużą skalę i może znaleźć zastosowanie w platformach testowych do noszenia, elastycznych urządzeniach i miękkiej robotyce.
„Wcześniej myśleliśmy, że ciekły metal nie może tak łatwo przylegać do niezwilżalnych powierzchni, ale tutaj może przylegać do różnych powierzchni tylko poprzez dostosowanie ciśnienia, co jest bardzo interesujące” – powiedział Bo Yuan, naukowiec z Tsinghua Uniwersytetu i pierwszym autorem opracowania.
Naukowcom, którzy chcieli połączyć ciekły metal z tradycyjnymi materiałami, przeszkodziło ekstremalnie wysokie napięcie powierzchniowe ciekłego metalu, które uniemożliwia wiązanie go z większością materiałów, w tym z papierem. Aby przezwyciężyć ten problem, poprzednie badania koncentrowały się głównie na technice zwanej „drukiem transferowym”, która polega na użyciu trzeciego materiału do związania ciekłego metalu z powierzchnią. Strategia ta ma jednak wady — dodanie większej ilości materiałów może skomplikować proces i osłabić właściwości elektryczne, termiczne lub mechaniczne produktu końcowego.
Aby zbadać alternatywne podejście, które pozwoliłoby im bezpośrednio drukować ciekły metal na podłożach bez poświęcania właściwości metalu, Yuan i współpracownicy zastosowali dwa różne ciekłe metale (eGaln i BilnSn) do różnych silikonowych i silikonowo-polimerowych stempli, a następnie zastosowali różne siły podczas pocierania znaczki na papierowe powierzchnie.
„Na początku trudno było uzyskać stabilną przyczepność powłoki ciekłego metalu do podłoża” – powiedział Yuan. „Jednak po wielu próbach i błędach w końcu uzyskaliśmy odpowiednie parametry, aby osiągnąć stabilną, powtarzalną przyczepność”.
Naukowcy odkryli, że pocieranie stempla pokrytego płynnym metalem o papier z niewielką siłą umożliwiło skuteczne związanie kropelek metalu z powierzchnią, podczas gdy zastosowanie większej siły uniemożliwiło pozostanie kropelek na miejscu.
Następnie zespół złożył papier powlekany metalem w papierowy żuraw, demonstrując, że po zakończeniu procesu powierzchnię można nadal złożyć w zwykły sposób. Po wykonaniu tej czynności zmodyfikowany papier nadal zachowuje swoje zwykłe właściwości.
Chociaż technika wydaje się obiecująca, Yuan zauważył, że naukowcy wciąż zastanawiają się, jak zagwarantować, że powłoka z ciekłego metalu pozostanie na swoim miejscu po jej nałożeniu. Na razie na powierzchnię papieru można dodać materiał opakowaniowy, ale zespół ma nadzieję znaleźć rozwiązanie, które nie będzie tego wymagać.
„Podobnie jak mokry atrament na papierze można zetrzeć ręcznie, ciekła metalowa powłoka bez opakowania tutaj również może zostać zetarta przez przedmiot, którego dotyka podczas nakładania” – powiedział Yuan. „Właściwości samej powłoki nie ulegną znacznemu pogorszeniu, ale przedmioty w kontakcie mogą zostać zabrudzone”.
W przyszłości zespół planuje również rozwinąć tę metodę, aby można było jej używać do nakładania ciekłego metalu na większą różnorodność powierzchni, w tym metal i ceramikę.
„Planujemy również konstruowanie inteligentnych urządzeń przy użyciu materiałów poddanych obróbce tą metodą” – powiedział Yuan.
Ta praca była wspierana przez China Postdoctoral Science Foundation, National Nature Science Foundation of China oraz finansowanie współpracy między Nanshan i Tsinghua SIGS w dziedzinie nauki i technologii.