供稿人:陳煜宇，李滌塵 發(fā)布日期：2018-05-15
利用3D打印技術(shù)快速制造柔性電子設(shè)備所面對(duì)的挑戰(zhàn)之一是如何利用具有延展性的導(dǎo)體打印出復(fù)雜電路。共晶鎵合金由于具有高導(dǎo)電性、自愈性以及可延展性而被廣泛用作導(dǎo)電材料，其液態(tài)金屬特性被視作解決3D打印柔性電路問題的關(guān)鍵。然而，液態(tài)鎵合金的低粘性與高表面張力導(dǎo)致其易于聚結(jié)，需要在表面氧化薄膜的支撐下才能保持固定形狀，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。
針對(duì)液態(tài)鎵合金材料存在的問題，Oregon State University的Uranbileg Daalkhaijav等人提出了一種流變改性方法，其核心是向液態(tài)鎵合金內(nèi)參雜具有導(dǎo)電性的納米或微米尺度鎳粒子填充物，并用采用超聲手段對(duì)該混合物進(jìn)行處理，最終獲得適用于連續(xù)擠出成型3D打印工藝的膏狀合金材料。
該方法可以有效改變液態(tài)鎵合金的性質(zhì)，所獲得的膏狀合金材料具有很好的3D打印成型性能，研究人員用其打印出了如圖1所示的復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)，性能測(cè)試后得到的結(jié)果顯示，在外力作用下，打印出來的結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性。此外，基于該膏狀合金材料，研究人員還制得了如圖2所示的柔性傳感器，性能測(cè)試后得到的結(jié)果顯示，膏狀合金材料具有與純液態(tài)鎵金屬相近的高導(dǎo)電性（3.9×106±9.5×105S?m-1）、自愈性以及可延展性（應(yīng)變大于350%）。該研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景，有望被用于制造柔性傳感器、軟性電子設(shè)備以及軟體機(jī)器人。
圖1 膏狀合金材料3D打印結(jié)構(gòu)
圖2 膏狀合金材料3D打印柔性傳感器