研究人員開發出具有高導電性和粘塑性的液態金屬墨水


研究人員開發出具有高導電性和粘塑性的液態金屬墨水

2021-01-17 科技報告與資訊

現在的電子設備都在朝著可摺疊、可拉伸和可變形的方向努力。爲了生產這種高度可拉伸或可變形的設備,就必須要開發出電氣性能能夠承受嚴酷變形或機械損傷的電極和電路。近日,POSTECH-延世大學聯合研究小組開發出具有高導電性和粘塑性的液態金屬墨水,研究成果已於2021年1月4日發表在國際權威雜誌《Nature Materials》上。

研究人員共同開發了電子設備傳統上使用金、銀或銅等硬金屬製成的電極和電路。然而,這類金屬基材在受到外部壓力和伸長後會開裂並失去導電性,因此不適合用於可變形的電子設備。相反,在室溫下像液體一樣流動的液態金屬,容易變形且具有高導電性,因其在可拉伸電路中的潛在應用性而受到極大關注。然而,當這些液態金屬被製成油墨時,表面會形成一層絕緣的氧化皮,印刷後會失去導電性。

聯合研究小組設計了一種通過向薄膜中摻入氫離子,將液態金屬微粒子的氧化膜轉化爲導體的方法。爲了從理論上驗證通過氫摻雜的氧化膜的導電性,該團隊利用基於量子力學的材料模擬,證實了氫摻雜的氧化銦或氧化鎵可以具有與目前在透明電極中利用的氧化銦錫(ITO)電極相似的導電性。研究人員還證實,表面吸附有聚合物的摻氫氧化物薄膜具有粘塑性,可以承受約300%的伸長應變而不破損。

這種含有氫摻雜液態金屬微粒子的新型液態金屬油墨,可以在各種可拉伸的基材上直接印刷3D電路。由於微粒子可以在變形時改變形狀,同時保持高導電性,因此,即使在拉伸超過500%時,印刷的電極和電路線的電阻變化也可以忽略不計,即使在高溼度、高溫或嚴重的機械損傷等惡劣環境中也能保持電氣性能。

論文標題為《用於可拉伸印刷金屬線的摻氫粘塑性液態金屬微粒》。