Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Прикажува рингишпил од три слајдови одеднаш.Користете ги копчињата Previous и Next за да се движите низ три слајдови истовремено или користете ги копчињата за лизгање на крајот за да се движите низ три слајдови истовремено.
Овде ги демонстрираме својствата на спонтано и селективно навлажнување предизвикани од натопување на течните метални легури базирани на галиум на метализирани површини со топографски карактеристики во микроразмер.Течните метални легури на база на галиум се неверојатни материјали со огромна површинска напнатост.Затоа, тешко е да се формираат во тенки филмови.Целосно навлажнување на еутектичката легура на галиум и индиум беше постигнато на микроструктурираната бакарна површина во присуство на пареи на HCl, кои го отстрануваа природниот оксид од легурата на течниот метал.Ова мокрење е нумерички објаснето врз основа на моделот Венцел и процесот на осмоза, покажувајќи дека големината на микроструктурата е критична за ефикасно навлажнување на течните метали предизвикано од осмоза.Дополнително, покажуваме дека спонтано навлажнување на течните метали може селективно да се насочи по микроструктурните области на металната површина за да се создадат обрасци.Овој едноставен процес рамномерно го обложува и обликува течниот метал на големи површини без надворешна сила или сложено ракување.Демонстриравме дека подлогите со шаблони од течен метал ги задржуваат електричните врски дури и кога се истегнуваат и по повторени циклуси на истегнување.
Легурите на течни метали базирани на галиум (GaLM) привлекоа големо внимание поради нивните привлечни својства како што се ниска точка на топење, висока електрична спроводливост, низок вискозитет и проток, мала токсичност и висока деформабилност1,2.Чистиот галиум има точка на топење од околу 30 °C и кога се спојува во еутектички состави со некои метали како што се In и Sn, точката на топење е под собна температура.Двата важни GaLM се еутектичка легура на галиум индиум (EGaIn, 75% Ga и 25% In по тежина, точка на топење: 15,5 °C) и галиум индиум калај евтектичка легура (GaInSn или galinstan, 68,5% Ga, 21,5% In и 10 % калај, точка на топење: ~11 °C)1.2.Поради нивната електрична спроводливост во течната фаза, GaLM активно се истражуваат како затегнувачки или деформабилни електронски патишта за различни апликации, вклучувајќи електронски3,4,5,6,7,8,9 напрегнати или закривени сензори 10, 11, 12 , 13, 14 и одводи 15, 16, 17. Производството на такви уреди со таложење, печатење и шаблони од GaLM бара знаење и контрола на меѓусебните својства на GaLM и неговата основна подлога.GaLMs имаат висока површинска напнатост (624 mNm-1 за EGaIn18,19 и 534 mNm-1 за Galinstan20,21) што може да го отежне ракувањето или манипулирањето со нив.Формирањето на тврда кора од природен галиум оксид на површината на GaLM под амбиентални услови обезбедува обвивка што го стабилизира GaLM во несферична форма.Ова својство овозможува GaLM да се печати, да се вградува во микроканали и да се шари со стабилноста на интерфејсот постигната со оксидите19,22,23,24,25,26,27.Цврстата обвивка од оксид, исто така, му овозможува на GaLM да се прилепува на повеќето мазни површини, но спречува металите со низок вискозитет да течат слободно.Размножувањето на GaLM на повеќето површини бара сила за да се скрши оксидната обвивка28,29.
Оксидните школки може да се отстранат со, на пример, силни киселини или бази.Во отсуство на оксиди, GaLM формира капки на речиси сите површини поради нивната огромна површинска напнатост, но постојат исклучоци: GaLM навлажнува метални подлоги.Ga формира метални врски со други метали преку процес познат како „реактивно навлажнување“30,31,32.Ова реактивно навлажнување често се испитува во отсуство на површински оксиди за да се олесни контактот метал со метал.Сепак, дури и кај природните оксиди во GaLM, објавено е дека контактите од метал со метал се формираат кога оксидите се кршат при контакти со мазни метални површини29.Реактивното мокрење резултира со ниски агли на контакт и добро навлажнување на повеќето метални подлоги33,34,35.
До денес, многу студии се спроведени за употребата на поволните својства на реактивното мокрење на GaLM со метали за да се формира шема на GaLM.На пример, GaLM е применет на шарени цврсти метални траки со размачкување, тркалање, прскање или маскирање на сенки34, 35, 36, 37, 38. Селективното навлажнување на GaLM на тврди метали му овозможува на GaLM да формира стабилни и добро дефинирани обрасци.Сепак, високата површинска напнатост на GaLM го попречува формирањето на високо униформни тенки филмови дури и на метални подлоги.За да се реши ова прашање, Лакур и сор.објави метод за производство на мазни, рамни GaLM тенки слоеви на големи површини со испарување на чист галиум на микроструктурни подлоги обложени со злато37,39.Овој метод бара вакуум таложење, што е многу бавно.Покрај тоа, GaLM генерално не е дозволен за такви уреди поради можна кршливост40.Испарувањето, исто така, го депонира материјалот на подлогата, па затоа е потребен модел за да се создаде шаблонот.Бараме начин да создадеме мазни GaLM филмови и обрасци со дизајнирање топографски метални карактеристики кои GaLM ги навлажнува спонтано и селективно во отсуство на природни оксиди.Овде известуваме за спонтано селективно навлажнување на EGaIn без оксид (типично GaLM) користејќи го уникатното однесување на мокрење на фотолитографски структурирани метални подлоги.Создаваме фотолитографски дефинирани површински структури на микро ниво за проучување на впивањето, а со тоа го контролираме навлажнувањето на течните метали без оксид.Подобрените својства на влажнење на EGaIn на микроструктурирани метални површини се објаснети со нумеричка анализа базирана на моделот Венцел и процесот на импрегнација.Конечно, демонстрираме таложење на голема површина и обликување на EGaIn преку само-апсорпција, спонтано и селективно навлажнување на микроструктурирани метални површини за таложење.Електродите за истегнување и мерачите на напрегање кои вклучуваат структури EGaIn се претставени како потенцијални апликации.
Апсорпцијата е капиларен транспорт во кој течноста ја напаѓа текстураната површина 41, што го олеснува ширењето на течноста.Го истражувавме однесувањето на мокрење на EGaIn на метални микроструктурни површини депонирани во пареа HCl (сл. 1).Бакарот беше избран како метал за основната површина. На рамни бакарни површини, EGaIn покажа низок агол на контакт од <20° во присуство на пареа HCl, поради реактивното мокрење31 (Дополнителна слика 1). На рамни бакарни површини, EGaIn покажа низок агол на контакт од <20° во присуство на пареа HCl, поради реактивното мокрење31 (Дополнителна слика 1). На плоских медных поверхностях EGaIn показал низкий краевой угол <20 ° во присутствии паров HCl из-за реактивного смачивания31 (дополнительный рисунок 1). На рамни бакарни површини, EGaIn покажа низок агол на контакт <20° во присуство на пареа HCl поради реактивно навлажнување31 (Дополнителна слика 1).在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn 在存在HCl 蒸气的情况下显示出西襧° на 1).在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn在存在HCl На плоских медных поверхностях EGaIn демонстрира низкие краевые углы <20 ° во присутствии паров HCl из-за реактивного смачивания (дополнительный рисунок 1). На рамни бакарни површини, EGaIn покажува ниски агли на контакт <20° во присуство на пареа HCl поради реактивно навлажнување (Дополнителна слика 1).Ги измеривме блиските допирни агли на EGaIn на рефус бакар и на бакарни филмови депонирани на полидиметилсилоксан (PDMS).
Колонарна (D (дијаметар) = l (растојание) = 25 µm, d (растојание меѓу колоните) = 50 µm, H (висина) = 25 µm) и пирамидални (ширина = 25 µm, висина = 18 µm) микроструктури на Cu /PDMS супстрати.б Временски промени во контактниот агол на рамни подлоги (без микроструктури) и низи од столбови и пирамиди кои содржат PDMS обложена со бакар.c, d Снимање интервал на (в) страничен поглед и (г) поглед одозгора на EGaIn навлажнување на површината со столбови во присуство на пареа HCl.
За да се процени ефектот на топографијата врз мокрењето, беа подготвени PDMS подлоги со колонообразен и пирамидален образец, на кои се таложи бакар со титаниумски адхезивен слој (сл. 1а).Беше докажано дека микроструктурираната површина на PDMS подлогата е конформално обложена со бакар (Дополнителна слика 2).Временските агли на допир на EGaIn на шаблони и рамни PDMS со бакар (Cu/PDMS) се прикажани на сл.1б.Аголот на контакт на EGaIn на бакар со шаблони/PDMS паѓа на 0° во рок од ~1 мин.Подобреното навлажнување на микроструктурите на EGaIn може да се искористи со Венцеловата равенка\({{{\rm{cos}}}}}}\,{\theta}_{{rough}}=r\,{{ { {{ \rm{ cos}}}}}}\,{\theta}_{0}\), каде што \({\theta}_{{груби}}\) го претставува аголот на контакт на грубата површина, \ (r \) Грубоста на површината (= вистинска површина/привидна површина) и агол на контакт на рамнината \({\theta}_{0}\).Резултатите од засилено навлажнување на EGaIn на површините со шаблони се во добра согласност со моделот Венцел, бидејќи r вредностите за задните и пирамидалните шарени површини се 1,78 и 1,73, соодветно.Ова исто така значи дека капката EGaIn лоцирана на шарена површина ќе навлезе во жлебовите на основниот релјеф.Важно е да се забележи дека во овој случај се формираат многу униформни рамни филмови, за разлика од случајот со EGaIn на неструктурирани површини (Дополнителна слика 1).
Од сл.1c,d (Дополнителен филм 1) може да се види дека по 30 секунди, како што привидниот агол на контакт се приближува до 0°, EGaIn почнува да се шири подалеку од работ на капката, што е предизвикано од апсорпција (Дополнителен филм 2 и Дополнителен Сл. 3).Претходните студии на рамни површини ја поврзуваа временската скала на реактивно навлажнување со преминот од инерцијално во вискозно навлажнување.Големината на теренот е еден од клучните фактори за одредување дали се случува самовшмукување.Со споредување на површинската енергија пред и по впивањето од термодинамичка гледна точка, беше изведен критичниот агол на контакт \({\theta}_{c}\) на впивањето (види Дополнителна дискусија за детали).Резултатот \({\theta}_{c}\) е дефиниран како \({{{({\rm{cos))))))\,{\theta}_{c}=(1-{\ phi } _{S})/(r-{\phi}_{S})\) каде што \({\phi}_{s}\) ја претставува фракционата област на врвот на објавата и \(r\ ) претставува грубост на површината. Имбиција може да се случи кога \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), т.е. аголот на контакт на рамна површина. Имбиција може да се случи кога \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), т.е. аголот на контакт на рамна површина. Впитывание может происходить, когда \ ({\ theta } _ {c} \) > \ ({\ theta } _ {0} \), т.е.Контактный угол на плоской поверхности. Апсорпцијата може да се случи кога \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), т.е. аголот на контакт на рамна површина.当\({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\)，即平面上的接触角时，会发生吸吸。当\({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\)，即平面上的接触角时，会发生吸吸。 Всасывание происходит, когда \ ({\ theta} _ {c} \) > \ ({\ theta} _ {0} \), контактный угол на плоскости. Вшмукувањето се случува кога \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), агол на контакт на рамнината.За површини со пост-шарени површини, \(r\) и \({\phi}_{s}\) се пресметуваат како \(1+\{(2\pi {RH})/{d}^{2} \ } \ ) и \(\pi {R}^{2}/{d}^{2}\), каде што \(R\) го претставува радиусот на колоната, \(H\) ја претставува висината на колоната и \ ( d\) е растојанието помеѓу центрите на два столба (сл. 1а).За постструктурираната површина на сл.1a, аголот \({\theta}_{c}\) е 60°, што е поголемо од \({\theta}_{0}\) рамнината (~25° ) во HCl пареа EGaIn без оксид на Cu/PDMS.Затоа, капките EGaIn лесно можат да навлезат во структурираната површина на таложење на бакар на Сл. 1а поради апсорпција.
За да го истражиме ефектот на топографската големина на моделот врз навлажнувањето и апсорпцијата на EGaIn, ја променивме големината на столбовите обложени со бакар.На сл.2 ги прикажува контактните агли и апсорпцијата на EGaIn на овие подлоги.Растојанието l помеѓу столбовите е еднакво на дијаметарот на столбовите D и се движи од 25 до 200 μm.Висината од 25 µm е константна за сите столбови.\({\theta}_{c}\) се намалува со зголемување на големината на колоната (Табела 1), што значи дека апсорпцијата е помалку веројатна на подлоги со поголеми колони.За сите тестирани големини, \({\theta}_{c}\) е поголемо од \({\theta}_{0}\) и се очекува фитил.Сепак, апсорпцијата ретко се забележува за пост-шарени површини со l и D 200 µm (сл. 2e).
временски зависен агол на контакт на EGaIn на површина Cu/PDMS со столбови со различна големина по изложување на пареа HCl.b–e Горниот и страничниот поглед на EGaIn навлажнување.b D = l = 25 µm, r = 1,78.во D = l = 50 μm, r = 1,39.dD = l = 100 µm, r = 1,20.eD = l = 200 µm, r = 1,10.Сите столбови имаат висина од 25 µm.Овие слики се направени најмалку 15 минути по изложувањето на пареа HCl.Капките на EGaIn се вода што произлегува од реакцијата помеѓу галиум оксид и HCl пареа.Сите шипки на скалата во (b – e) се 2 mm.
Друг критериум за одредување на веројатноста за апсорпција на течност е фиксирањето на течноста на површината по нанесувањето на шаблонот.Курбин и сор.Пријавено е дека кога (1) столбовите се доволно високи, капките ќе се апсорбираат од површината со шема;(2) растојанието помеѓу колоните е прилично мало;и (3) аголот на контакт на течноста на површината е доволно мал42.Нумерички \({\theta}_{0}\) од течноста на рамнина што го содржи истиот материјал на подлогата мора да биде помал од критичниот агол на контакт за прицврстување, \({\theta}_{c,{pin)) } \ ), за апсорпција без прикачување помеѓу објавите, каде \({\theta}_{c,{pin}}={{{{{\rm{arctan}}}}}}(H/\big \{ ( \ sqrt {2}-1)l\big\})\) (видете дополнителна дискусија за детали).Вредноста на \({\theta}_{c,{pin}}\) зависи од големината на пинот (Табела 1).Да се ​​определи бездимензионалниот параметар L = l/H за да се процени дали се случува апсорпцијата.За апсорпција, L мора да биде помал од стандардниот праг, \({L}_{c}\) = 1/\(\big\{\big(\sqrt{2}-1\big){{\tan} } { \ theta}_{{0}}\large\}\).За EGaIn \(({\theta}_{0}={25}^{\circ})\) на бакарна подлога \({L}_{c}\) е 5,2.Бидејќи колоната L од 200 μm е 8, што е поголема од вредноста на \({L}_{c}\), апсорпцијата на EGaIn не се јавува.За понатамошно тестирање на ефектот на геометријата, набљудувавме самовшмукување на различни H и l (Дополнителна слика 5 и дополнителна табела 1).Резултатите добро се согласуваат со нашите пресметки.Така, L се покажува како ефикасен предиктор за апсорпција;течниот метал престанува да се впива поради прикачување кога растојанието помеѓу столбовите е релативно големо во споредба со висината на столбовите.
Навлажливоста може да се одреди врз основа на површинскиот состав на подлогата.Го истражувавме ефектот на површинскиот состав врз навлажнувањето и апсорпцијата на EGaIn со ко-депонирање на Si и Cu на столбовите и рамнините (Дополнителна слика 6).Аголот на контактот EGaIn се намалува од ~160° до ~80° бидејќи бинарната површина Si/Cu се зголемува од 0 до 75% при рамна содржина на бакар.За површина од 75% Cu/25% Si, \({\theta}_{0}\) е ~80°, што одговара на \({L}_{c}\) еднакво на 0,43 според горната дефиниција .Бидејќи колоните l = H = 25 μm со L еднаква на 1 поголема од прагот \({L}_{c}\), површината од 75% Cu/25% Si по шаблонот не апсорбира поради имобилизација.Бидејќи аголот на контакт на EGaIn се зголемува со додавање на Si, потребно е поголемо H или помало l за да се надминат прикачувањето и импрегнацијата.Затоа, бидејќи аголот на допир (т.е. \({\theta}_{0}\)) зависи од хемискиот состав на површината, тој исто така може да определи дали се јавува вдлабнување во микроструктурата.
ЕГаВо апсорпцијата на бакар со шаблони/PDMS може да се намокри течниот метал во корисни обрасци.Со цел да се процени минималниот број на линии на колони што предизвикуваат набивање, својствата на мокрење на EGaIn беа забележани на Cu/PDMS со линии по шаблон што содржат различни броеви на линии на колони од 1 до 101 (сл. 3).Навлажнувањето главно се јавува во регионот по шаблонот.Викингот EGaIn беше со сигурност забележан и должината на фитил се зголемуваше со бројот на редови на колони.Апсорпцијата речиси никогаш не се случува кога има постови со две или помалку линии.Ова може да се должи на зголемен капиларен притисок.За апсорпцијата да се случи во колонообразен модел, капиларниот притисок предизвикан од искривувањето на главата на EGaIn мора да се надмине (Дополнителна слика 7).Претпоставувајќи радиус на закривеност од 12,5 µm за една редовна EGaIn глава со колонообразен образец, капиларниот притисок е ~0,98 atm (~740 Torr).Овој висок Лапласов притисок може да спречи мокрење предизвикано од апсорпција на EGaIn.Исто така, помалку редови на колони може да ја намалат силата на апсорпција што се должи на капиларното дејство помеѓу EGaIn и колоните.
a Капки EGaIn на структуриран Cu/PDMS со шаблони со различни ширини (w) во воздухот (пред изложување на пареа HCl).Редови на лавици почнувајќи од врвот: 101 (w = 5025 µm), 51 (w = 2525 µm), 21 (w = 1025 µm) и 11 (w = 525 µm).б Правилно навлажнување на EGaIn на (а) по изложување на пареа HCl 10 мин.c, d Навлажнување на EGaIn на Cu/PDMS со колонообразни структури (в) два реда (w = 75 µm) и (г) еден ред (w = 25 µm).Овие слики се направени 10 минути по изложувањето на пареа HCl.Баровите на скалата на (a, b) и (c, d) се 5 mm и 200 µm, соодветно.Стрелките во (в) укажуваат на искривување на главата EGaIn поради апсорпција.
Апсорпцијата на EGaIn во пост-шаблони Cu/PDMS овозможува EGaIn да се формира со селективно навлажнување (сл. 4).Кога капка EGaIn се става на шарена област и е изложена на пареа на HCl, капката EGaIn прво колабира, формирајќи мал агол на контакт додека киселината ја отстранува бигорот.Последователно, апсорпцијата започнува од работ на капката.Моделот на голема површина може да се постигне од EGaIn во скала од сантиметар (Сл. 4а, в).Бидејќи апсорпцијата се јавува само на топографската површина, EGaIn само ја навлажнува областа на шаблонот и речиси престанува да се навлажнува кога ќе достигне рамна површина.Следствено, се забележуваат остри граници на шаблоните EGaIn (Сл. 4г, д).На сл.4б покажува како EGaIn го напаѓа неструктурираниот регион, особено околу местото каде што првично била поставена капката EGaIn.Тоа беше затоа што најмалиот дијаметар на капките EGaIn користени во оваа студија ја надминуваше ширината на буквите со шема.Капките EGaIn беа ставени на местото на шемата со рачно инјектирање преку игла и шприц 27-G, што резултираше со капки со минимална големина од 1 mm.Овој проблем може да се реши со користење на помали капки EGaIn.Генерално, Слика 4 покажува дека спонтано навлажнување на EGaIn може да се предизвика и да се насочи кон микроструктурирани површини.Во споредба со претходната работа, овој процес на мокрење е релативно брз и не е потребна надворешна сила за да се постигне целосно мокрење (Дополнителна табела 2).
амблем на универзитетот, буквата b, c во форма на гром.Апсорбирачкиот регион е покриен со низа од колони со D = l = 25 µm.г, зголемени слики на ребра во e (c).Баровите на скалата на (a–c) и (d, e) се 5 mm и 500 µm, соодветно.На (c–e), малите капки на површината по адсорпцијата се претвораат во вода како резултат на реакцијата помеѓу галиум оксид и пареа HCl.Не е забележан значаен ефект на формирање на вода врз мокрењето.Водата лесно се отстранува преку едноставен процес на сушење.
Поради течната природа на EGaIn, EGaIn обложениот Cu/PDMS (EGaIn/Cu/PDMS) може да се користи за флексибилни и растегливи електроди.Слика 5а ги споредува промените на отпорот на оригиналниот Cu/PDMS и EGaIn/Cu/PDMS под различни оптоварувања.Отпорот на Cu/PDMS нагло се зголемува при напнатост, додека отпорот на EGaIn/Cu/PDMS останува низок во затегнување.На сл.5б и г прикажуваат SEM слики и соодветните податоци за EMF на необработени Cu/PDMS и EGaIn/Cu/PDMS пред и по примената на напонот.За непроменети Cu/PDMS, деформацијата може да предизвика пукнатини во тврдиот Cu филм депониран на PDMS поради несовпаѓање на еластичноста.Спротивно на тоа, за EGaIn/Cu/PDMS, EGaIn сè уште добро ја обложува супстратот Cu/PDMS и одржува електричен континуитет без никакви пукнатини или значителни деформации дури и по нанесувањето на напрегање.Податоците на EDS потврдија дека галиумот и индиумот од EGaIn се рамномерно распоредени на супстратот Cu/PDMS.Вреди да се одбележи дека дебелината на филмот EGaIn е иста и споредлива со висината на столбовите. Ова е потврдено и со понатамошна топографска анализа, каде што релативната разлика помеѓу дебелината на филмот EGaIn и висината на столбот е <10% (Дополнителна слика 8 и Табела 3). Ова е потврдено и со понатамошна топографска анализа, каде што релативната разлика помеѓу дебелината на филмот EGaIn и висината на столбот е <10% (Дополнителна слика 8 и Табела 3). Это также подтверждается дальнейшим топографическим анализом, каде што е относительная разница меѓу толщиной пленки EGaIn и высотой столба сочинуваат <10% (дополнительный рис. 8 и таб). Ова е потврдено и со понатамошна топографска анализа, каде што релативната разлика помеѓу дебелината на филмот EGaIn и висината на колоната е <10% (Дополнителна слика 8 и Табела 3).进一步的形貌分析也证实了这一点，其中EGaIn 8 до 3). <10% Это также было подтверждено дальнейшим топографическим анализам, каде относительная разница между толщиной пленки EGaIn и высотой столба составляла <10% (дополнительный рис. 8 и ). Ова беше потврдено и со понатамошна топографска анализа, каде што релативната разлика помеѓу дебелината на филмот EGaIn и висината на колоната беше <10% (Дополнителна слика 8 и Табела 3).Ова навлажнување засновано на имбиција овозможува добро контролирана и стабилна дебелина на облогите EGaIn на големи површини, што инаку е предизвик поради неговата течна природа.На сликите 5c и e се споредуваат спроводливоста и отпорноста на деформација на оригиналните Cu/PDMS и EGaIn/Cu/PDMS.Во демонстрацијата, ЛЕР се вклучи кога е поврзан со недопрени Cu/PDMS или EGaIn/Cu/PDMS електроди.Кога непроменетиот Cu/PDMS е истегнат, ЛЕР се исклучува.Сепак, електродите EGaIn/Cu/PDMS останаа електрично поврзани дури и под оптоварување, а LED светлото само малку се затемни поради зголемениот отпор на електродата.
а Нормализираниот отпор се менува со зголемување на оптоварувањето на Cu/PDMS и EGaIn/Cu/PDMS.b, d SEM слики и енергетска дисперзивна спектроскопија со рендгенски зраци (EDS) анализа пред (горе) и по (долу) полидиплекси вчитани во (б) Cu/PDMS и (г) EGaIn/Cu/метилсилоксан.c, e LED диоди прикачени на (в) Cu/PDMS и (д) EGaIn/Cu/PDMS пред (горе) и по (долу) истегнување (~30% напрегање).Лентата на скалата во (б) и (г) е 50 µm.
На сл.6а ја покажува отпорноста на EGaIn/Cu/PDMS како функција на деформација од 0% до 70%.Зголемувањето и враќањето на отпорот е пропорционално на деформацијата, што е во добра согласност со законот на Пује за некомпресибилни материјали (R/R0 = (1 + ε)2), каде што R е отпор, R0 е почетна отпорност, ε е деформација 43. Други студии покажаа дека кога се растегнуваат, цврстите честички во течен медиум може да се преуредат и да станат порамномерно распоредени со подобра кохезија, а со тоа да се намали зголемувањето на отпорот 43, 44 . Меѓутоа, во оваа работа, проводникот е >99% течен метал по волумен бидејќи Cu филмовите се дебели само 100 nm. Меѓутоа, во оваа работа, проводникот е >99% течен метал по волумен бидејќи Cu филмовите се дебели само 100 nm. Однако во овој работе проводник составен од >99% животински метали по объему, так како пленки Cu имеют толщину всего 100 nm. Меѓутоа, во оваа работа, проводникот се состои од >99% течен метал по волумен, бидејќи Cu филмовите се дебели само 100 nm.然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99% 的液有100 nm然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99%Меѓутоа, во оваа работа, бидејќи филмот Cu е дебел само 100 nm, проводникот се состои од повеќе од 99% течен метал (по волумен).Затоа, не очекуваме Cu да даде значителен придонес во електромеханичките својства на проводниците.
Нормализирана промена на отпорноста на EGaIn/Cu/PDMS наспроти напрегањето во опсег од 0-70%.Максималниот стрес постигнат пред неуспехот на PDMS беше 70% (Дополнителна слика 9).Црвените точки се теоретски вредности предвидени со законот на Пует.b Тест за стабилност на спроводливост EGaIn/Cu/PDMS за време на повторени циклуси на истегнување-истегнување.Во цикличниот тест се користеше сој од 30%.Лентата за скала на влошката е 0,5 cm.L е почетната должина на EGaIn/Cu/PDMS пред истегнување.
Мерниот фактор (GF) ја изразува чувствителноста на сензорот и се дефинира како однос на промената на отпорот кон промената на напрегањето45.GF се зголеми од 1,7 при 10% напрегање на 2,6 при 70% напрегање поради геометриската промена на металот.Во споредба со другите мерачи на деформација, вредноста на GF EGaIn/Cu/PDMS е умерена.Како сензор, иако неговиот GF можеби не е особено висок, EGaIn/Cu/PDMS покажува силна промена на отпорот како одговор на низок оптоварување на односот сигнал/шум.За да се оцени стабилноста на спроводливоста на EGaIn/Cu/PDMS, електричниот отпор беше следен при повторени циклуси на истегнување-растегнување при напрегање од 30%.Како што е прикажано на сл.6б, по 4000 циклуси на истегнување, вредноста на отпорот остана во рамките на 10%, што може да се должи на континуираното формирање на скала при повторени циклуси на истегнување46.Така, беше потврдена долгорочната електрична стабилност на EGaIn/Cu/PDMS како електрода што може да се растегнува и веродостојноста на сигналот како мерач на напор.
Во оваа статија, разговараме за подобрените својства на мокрење на GaLM на микроструктурирани метални површини предизвикани од инфилтрација.Спонтано целосно навлажнување на EGaIn беше постигнато на колонообразни и пирамидални метални површини во присуство на пареа HCl.Ова може да се објасни нумерички врз основа на моделот Венцел и процесот на фитил, кој ја покажува големината на пост-микроструктурата потребна за мокрење предизвикано од фитил.Спонтаното и селективно навлажнување на EGaIn, водено од микроструктурирана метална површина, овозможува да се нанесат униформни облоги на големи површини и да се формираат обрасци од течен метал.Подлогите Cu/PDMS обложени со EGa ги задржуваат електричните врски дури и кога се истегнуваат и по повторени циклуси на истегнување, како што е потврдено со SEM, EDS и мерењата на електричниот отпор.Дополнително, електричниот отпор на Cu/PDMS обложен со EGaIn се менува реверзибилно и сигурно пропорционално на применетиот напон, што укажува на неговата потенцијална примена како сензор за напрегање.Можните предности што ги обезбедува принципот на навлажнување на течниот метал предизвикан од впивањето се следните: (1) облогата и шаблонот на GaLM може да се постигнат без надворешна сила;(2) Навлажнувањето на GaLM на површината на микроструктурата обложена со бакар е термодинамично.добиениот GaLM филм е стабилен дури и при деформација;(3) менувањето на висината на бакар-обложената колона може да формира GaLM филм со контролирана дебелина.Покрај тоа, овој пристап ја намалува количината на GaLM потребна за формирање на филмот, бидејќи столбовите зафаќаат дел од филмот.На пример, кога се воведува низа столбови со дијаметар од 200 μm (со растојание помеѓу столбовите од 25 μm), волуменот на GaLM потребен за формирање филм (~ 9 μm3/μm2) е споредлив со волуменот на филмот без столбови.(25 µm3/µm2).Меѓутоа, во овој случај, мора да се земе предвид дека теоретскиот отпор, проценет според законот на Пует, исто така се зголемува девет пати.Генерално, уникатните својства на мокрење на течните метали дискутирани во овој напис нудат ефикасен начин за таложење на течни метали на различни подлоги за растеглива електроника и други апликации што се појавуваат.
PDMS подлогите беа подготвени со мешање на матрицата Sylgard 184 (Дау Корнинг, САД) и зацврстувач во сооднос 10:1 и 15:1 за тестови на истегнување, проследено со стврднување во рерна на 60°C.Бакар или силициум се депонирал на силиконски наполитанки (Silicon Wafer, Namkang High Technology Co., Ltd., Република Кореја) и PDMS подлоги со титаниумски леплив слој со дебелина од 10 nm користејќи прилагоден систем за распрскување.Колоносни и пирамидални структури се депонираат на PDMS подлога со помош на фотолитографски процес со силиконска обланда.Ширината и висината на пирамидалната шема се 25 и 18 µm, соодветно.Висината на шаблонот на шипката беше фиксирана на 25 µm, 10 µm и 1 µm, а неговиот дијаметар и чекор варираше од 25 до 200 µm.
Контактниот агол на EGaIn (галиум 75,5%/индиум 24,5%, >99,99%, Сигма Олдрич, Република Кореја) беше измерен со помош на анализатор на облик на капка (DSA100S, KRUSS, Германија). Контактниот агол на EGaIn (галиум 75,5%/индиум 24,5%, >99,99%, Сигма Олдрич, Република Кореја) беше измерен со помош на анализатор на облик на капка (DSA100S, KRUSS, Германија). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5 %/индий 24,5 %, >99,99 %, Сигма Олдрич, Республика Кореја) измерени со помош на каплевидного анализатора (DSA100S, KRUSS, Германија). Аголот на рабовите на EGaIn (галиум 75,5%/индиум 24,5%, >99,99%, Сигма Олдрич, Република Кореја) беше измерен со помош на анализатор на капки (DSA100S, KRUSS, Германија). EGaIn（镓75,5%/铟24,5%，>99,99%，Сигма Олдрич，大韩民国）的接触角使用滴形分析仪 RU0测量. EGaIn (галиум75,5%/индиум24,5%, >99,99%, Сигма Олдрич, 大韩民国) беше измерен со помош на анализатор за контакт (DSA100S, KRUSS, Германија). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5%/индий 24,5%, >99,99%, Сигма Олдрич, Республика Кореја) измерени со помош на анализатора форма капли (DSA100S, KRUSS, Германија). Аголот на рабовите на EGaIn (галиум 75,5%/индиум 24,5%, >99,99%, Сигма Олдрич, Република Кореја) беше измерен со помош на анализатор на капа за облик (DSA100S, KRUSS, Германија).Ставете ја подлогата во стаклена комора од 5 cm × 5 cm × 5 cm и ставете капка EGaIn од 4–5 μl на подлогата со помош на шприц со дијаметар од 0,5 mm.За да се создаде медиум за пареа HCl, 20 μL раствор на HCl (37 wt.%, Samchun Chemicals, Република Кореја) беа поставени до подлогата, која беше испарувана доволно за да се наполни комората во рок од 10 секунди.
Површината е снимена со помош на SEM (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea).EDS (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea) се користеше за проучување на елементарната квалитативна анализа и дистрибуција.Површинската топографија EGaIn/Cu/PDMS беше анализирана со помош на оптички профилометар (The Profilm3D, Filmetrics, САД).
За да се испита промената на електричната спроводливост за време на циклусите на истегнување, примероците со и без EGaIn беа прицврстени на опремата за истегнување (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Република Кореја) и беа електрично поврзани со извор метар Keithley 2400. За да се испита промената на електричната спроводливост за време на циклусите на истегнување, примероците со и без EGaIn беа прицврстени на опремата за истегнување (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Република Кореја) и беа електрично поврзани со извор метар Keithley 2400. Для исследования изменения электропроводности во время циклов растяжения образцы со EGaIn и без него закрепна на оборудовании за растење (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Республика Исторически Извор. За да се проучи промената на електричната спроводливост за време на циклусите на истегнување, примероците со и без EGaIn беа монтирани на опрема за истегнување (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Република Кореја) и електрично поврзани со извор метар Keithley 2400.За проучување на промената на електричната спроводливост за време на циклусите на истегнување, примероците со и без EGaIn беа монтирани на уред за истегнување (Bending and Stretching Machine Systems, SnM, Република Кореја) и електрично поврзани со Keithley 2400 SourceMeter.Ја мери промената на отпорот во опсег од 0% до 70% од напрегањето на примерокот.За тестот за стабилност, промената на отпорот беше измерена преку 4000 циклуси на напрегање од 30%.
За повеќе информации за дизајнот на студијата, видете го апстрактот на студијата за природата поврзан со овој напис.
Податоците кои ги поддржуваат резултатите од оваа студија се претставени во датотеките за дополнителни информации и необработени податоци.Оваа статија ги дава оригиналните податоци.
Данеке, Т. и сор.Течни метали: Хемиска основа и апликации.Хемиски.општеството.47, 4073-4111 (2018).
Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD Атрибути, изработка и примена на честички од течен метал базиран на галиум. Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD Атрибути, изработка и апликации на течни метални честички базирани на галиум.Lin, Y., Genzer, J. и Dickey, MD Својства, производство и примена на честички од течен метал на база на галиум. Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD 镓基液态金属颗粒的属性、制造和应用。 Лин, Ј., Гензер, Ј. и Дики, MDLin, Y., Genzer, J. и Dickey, MD Својства, производство и примена на честички од течен метал на база на галиум.Напредна наука.7, 2000–192 (2020).
Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Towards all-soft матерски кола: прототипови на квази-течни уреди со карактеристики на мемристори. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Кон кола со целосно мека материја: прототипови на квази-течни уреди со карактеристики на мемристори.Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD и Velev, OD До кола составени целосно од мека материја: Прототипови на квази-течни уреди со карактеристики на мемристор. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD 走向全软物质电路：具有忆阻器特性的准液体设备原型。 Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, ODKoo, HJ, So, JH, Dickey, MD и Velev, OD Towards Circuits All Soft Matter: Prototypes of Quasi-Fluid Devices with Memristor Properties.Напредна алма матер.23, 3559-3564 (2011).
Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Прекинувачи со течен метал за еколошки одговорна електроника. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Прекинувачи со течен метал за еколошки одговорна електроника.Bilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Прекинувачи од течен метал за еколошка електроника. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK 用于环境响应电子产品的液态金属开关。 Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RKBilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Прекинувачи од течен метал за еколошка електроника.Напредна алма матер.Интерфејс 4, 1600913 (2017).
Значи, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Исправување на јонска струја во диоди од мека материја со електроди од течен метал. Значи, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Исправување на јонска струја во диоди со мека материја со електроди од течен метал. Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ионное выпрямление тока во диодах из мягкого материјали со електродами од живо металла. Така, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Исправување на јонска струја во диоди од мек материјал со електроди од течен метал. Значи, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD 带液态金属电极的软物质二极管中的离子电流整流。 Значи, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ионное выпрямление тоака во диодах из мягкого материјали со жидкометаллическими електродами. Така, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Исправување на јонска струја во диоди од мек материјал со електроди од течен метал.Проширени способности.алма матер.22, 625-631 (2012).
Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication за целосно меки и електронски уреди со висока густина базирани на течен метал. Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication за целосно меки и електронски уреди со висока густина базирани на течен метал.Kim, M.-G., Brown, DK and Brand, O. Nanofabrication за целосно меки и електронски уреди базирани на течен метал со висока густина.Kim, M.-G., Brown, DK, and Brand, O. Наноизработка на електроника со висока густина, целосно мека базирана на течен метал.Национална комуна.11, 1-11 (2020).
Гуо, Р. и сор.Cu-EGaIn е растеглива електронска обвивка за интерактивна електроника и локализација на КТ.алма матер.Ниво.7. 1845–1853 (2020).
Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Хидропечатена електроника: ултратенка растеглива Ag–In–Ga E-кожа за биоелектроника и интеракција човек–машина. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Хидропечатена електроника: ултратенка растеглива Ag–In–Ga E-кожа за биоелектроника и интеракција човек–машина.Lopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K., and Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Stretchable Electronic Skin for Bioelectronics and Human-Machine Interaction. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Хидропринтирана електроника: ултратенка растеглива Ag-In-Ga E-кожа за биоелектроника и интеракција човек-машина. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Хидропринтирана електроника: ултратенка растеглива Ag-In-Ga E-кожа за биоелектроника и интеракција човек-машина.Lopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K., and Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Stretchable Electronic Skin for Bioelectronics and Human-Machine Interaction.ACS
Јанг, Ј. и сор.Ултра затегнувачки и конструирани трибоелектрични наногенератори базирани на течни метали за електроника што може да се носи.SAU Nano 12, 2027–2034 (2018).
Гао, К. и сор.Развој на микроканални структури за сензори за прекумерно истегнување базирани на течни метали на собна температура.науката.Извештај 9, 1–8 (2019).
Чен, Г. и сор.EGaIn супереластичните композитни влакна можат да издржат 500% напрегање на истегнување и имаат одлична електрична спроводливост за електроника што може да се носи.ACS се однесува на алма матер.Интерфејс 12, 6112–6118 (2020).
Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. Директно поврзување на еутектичкиот галиум-индиум до метална електрода за меки сензорски системи. Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. Директно поврзување на еутектичкиот галиум-индиум до метална електрода за меки сензорски системи.Kim, S., Oh, J., Jeon, D. and Bae, J. Директно поврзување на еутектичко галиум-индиум со метални електроди за меки системи за сензори. Ким, С., О, Џ., Џеонг, Д. и Бае, Џ. Ким, С., О, Ј., Џеонг, Д. и Бае, Ј.Kim, S., Oh, J., Jeon, D. and Bae, J. Директно поврзување на еутектичко галиум-индиум со метални електроди за меки сензорски системи.ACS се однесува на алма матер.Интерфејси 11, 20557–20565 (2019).
Јун, Г. и сор.Магнетореолошки еластомери наполнети со течен метал со позитивен пиезоелектрицитет.Национална комуна.10, 1–9 (2019).
Kim, KK Високо чувствителни и растегливи повеќедимензионални мерачи на деформација со решетки за перколација од преднапрегнати анизотропни метални наножици.Нанолет.15, 5240-5247 (2015).
Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. Универзално автономен само-заздравувачки еластомер со висока растегливост. Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. Универзално автономен само-заздравувачки еластомер со висока растегливост.Гуо, Х., Хан, Ју., Жао, В., Јанг, Ј. и Џанг, Л. Разновиден само-заздравувачки еластомер со висока еластичност. Гуо, Х., Хан, Ј., Жао, В., Јанг, Џ. и Џанг, Л. 具有高拉伸性的通用自主自愈弹性体。 Гуо, Х., Хан, Ј., Жао, В., Јанг, Ј. и Џанг, Л.Гуо Х., Хан Ју, Жао В., Јанг Ј. и Жанг Л. Разновидни офлајн само-заздравувачки еластомери со високо затегнување.Национална комуна.11, 1-9 (2020).
Zhu X. et al.Ултра извлечени метални проводни влакна кои користат јадра од течна метална легура.Проширени способности.алма матер.23, 2308-2314 (2013).
Кан, Џ. и сор.Проучување на електрохемиско пресување на течна метална жица.ACS се однесува на алма матер.Интерфејс 12, 31010–31020 (2020).
Ли Х. и сор.Синтерување на течни метални капки со бионановлакна предизвикано од испарување за флексибилна електрична спроводливост и одзивно активирање.Национална комуна.10, 1–9 (2019).
Дики, MD и сор.Еутектички галиум-индиум (EGaIn): течна метална легура што се користи за формирање стабилни структури во микроканали на собна температура.Проширени способности.алма матер.18, 1097-1104 (2008).
Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Мека роботика базирана на течен метал: материјали, дизајни и апликации. Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Мека роботика базирана на течен метал: материјали, дизајни и апликации.Wang, X., Guo, R. и Liu, J. Мека роботика базирана на течен метал: материјали, конструкција и апликации. Wang, X., Guo, R. & Liu, J. 基于液态金属的软机器人：材料、设计和应用。 Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Меки роботи базирани на течен метал: материјали, дизајн и апликации.Wang, X., Guo, R. и Liu, J. Меки роботи базирани на течен метал: материјали, конструкција и апликации.Напредна алма матер.технологија 4, 1800549 (2019).