Практически любой предмет, сделанный из того, что ученые называют повседневными материалами (например: бумага или пластик), может быть преобразован в электронное "умное устройство" с помощью нанесения жидкого металла на поверхности. Звучит просто и логично, но сделать это не так уж и просто.
Ученым, стремящимся объединить жидкий металл с традиционными материалами, мешает чрезвычайно высокое поверхностное натяжение жидкого металла, которое не позволяет ему связываться с большинством материалов, включая бумагу. Чтобы решить эту проблему, предыдущие исследования в основном были сосредоточены на методе, называемом "трансферная печать", который включает использование третьего материала для связывания жидкого металла с поверхностью. Но у этой стратегии есть недостатки: добавление большего количества материалов может усложнить процесс и ухудшить электрические, тепловые или механические характеристики конечного продукта.
Однако, исследование, опубликованное 9 июня в журнале Cell Reports Physical Science, демонстрирует технику нанесения покрытия из жидкого металла на поверхности, которые плохо сцепляются с жидким металлом. Этот подход предназначен для работы в больших масштабах и может найти применение в носимых тестовых платформах, гибких устройствах и мягкой робототехнике.
Чтобы изучить альтернативный подход, который позволил бы инженерам напрямую печатать жидким металлом на подложках, не жертвуя свойствами металла, ученые нанесли два разных жидких металла (eGaln и BilnSn) на различные штампы из силикона и силиконового полимера, а затем приложили разные усилия на бумажные поверхности.
В ходе первых экспериментов было сложно добиться стабильной адгезии жидкометаллического покрытия к подложке. Однако после множества проб и ошибок исследователи, наконец, получили правильные параметры для достижения стабильной воспроизводимой адгезии. Авторы работы обнаружили, что трение штампа, покрытого жидким металлом, о бумагу с небольшим усилием позволяет каплям металла эффективно связываться с поверхностью, в то время как приложение большей силы препятствует тому, чтобы капли оставались на месте.
Затем команда сложила бумагу с металлическим покрытием в виде бумажного журавлика, продемонстрировав, что поверхность все еще можно сложить как обычно после завершения процесса. И после этого модифицированная бумага по-прежнему сохраняет свои обычные свойства.
Хотя этот метод кажется многообещающим, авторы отмечают, что они все еще выясняют, как гарантировать, что покрытие из жидкого металла останется на месте после его нанесения. На данный момент на поверхность бумаги можно добавить упаковочный материал, но команда надеется найти решение, которое не потребует этого. Точно так же, как влажные чернила на бумаге можно стереть вручную, покрытие из жидкого металла без защиты также может быть стерто объектом, к которому оно прикасается при нанесении. Свойства самого покрытия сильно не пострадают, но предметы, находящиеся в контакте, могут загрязниться.
В будущем команда также планирует развивать этот метод, чтобы его можно было использовать для нанесения жидкого металла на большее количество поверхностей, включая металл и керамику.
