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Jun 01, 2023

液体

韓国の研究チームは、音波を使用してポリマーケース内の液体金属の小さな液滴を接続しました。 この新しい技術は、曲げたり曲げたりすることができる、丈夫で導電性の高い回路を作成する方法です。

韓国の研究チームは、音波を使用してポリマーケース内の液体金属の小さな液滴を接続しました。 この新しい技術は、元のサイズの 5 倍まで曲げたり伸ばしたりできる、丈夫で導電性の高い回路を作成する方法です。

皮膚ベースのセンサーや埋め込み型医療機器用の伸縮性エレクトロニクスを製造するには、金属のように電気を伝導し、ゴムのように変形できる材料が必要です。 従来の金属ではこの用途には適していません。 弾性導体を作るために、研究者は導電性ポリマーや金属とポリマーの複合体に注目してきました。 しかし、これらの材料は、数回引き伸ばしたり解放したりすると、導電性を失います。

室温で液体を保つ合金である液体金属は、より有望な選択肢です。 ガリウムベースの液体金属、通常はガリウムとインジウムの合金は、毒性が低く、電気伝導率と熱伝導率が高いため、最も注目を集めています。 また、表面に酸化皮膜が形成されるため丈夫であり、さまざまな基材によく接着します。

ガリウムベースの液体金属で導電回路を作るには、研究者は通常、材料の液滴を伸縮性のあるプラスチック基板にスプレーまたは印刷するか、ゴム状ポリマーの中に埋め込みます。 通常、液滴が結合して導電パスを形成できるように、酸化皮膜を破壊する必要があります。 これらのアプローチの問題は、液体金属がしばらくすると漏れ出す可能性があることだと、韓国科学技術大学院大学材料科学工学教授 Jiheong Kang 氏は言う。

そこで彼と同僚は、最初にポリマーに埋め込んだ液体金属の液滴を接続するために音響場を使用した。 研究者らは、液滴が壊れて液体金属が漏れる可能性を減らすために、他の研究者が以前に使用していたものよりも小さい平均幅2～3マイクロメートルの液滴を使用している。

周波数20キロヘルツの超音波を当てると、微小液滴が振動を吸収してナノメートルサイズの液滴を生成する。 これらのナノ液滴は、微小液滴間に橋を形成します。 ポリマーが引き伸ばされると、微小液滴は伸びますが、ナノ液滴のリンクによってそれらの接続が維持されます。

他の研究者は、これまでに、金属の極薄層を水かき状のネットワークまたは蛇行パターンに堆積することによって、伸縮可能な回路を作製してきた。 「私たちの新しい材料を使用して、構造工学を一切使わずに初めて弾性のあるプリント基板を実証しました」と Kang 氏は言います。

研究チームは、4 種類の液体金属合金と 15 種類のポリマーを使用して伸縮性のある導体を作成しました。 導体の使用を実証するために、彼らは液体金属ネットワークがマイクロ発光ダイオードを接続した伸縮可能なディスプレイを作成しました[上]。 彼らはまた、ボランティアの皮膚に貼り付けて光を使用して血液循環を測定できる、伸縮性の高い心拍数監視センサーも作成しました[下]。 結果はサイエンス誌に掲載される。

著者らが開拓した伸縮性回路法は、「[ガリウム液体金属]ポリマー複合材料で導電回路を作成する際の大きな課題を克服するのに役立つ」とオーストラリアのクイーンズランド大学のRuirui Qiao氏とバーミンガム大学のShiyang Tang氏は書いている。イギリス、サイエンス論文に付随する視点記事にて。 「しかし、複合材料は依然として多くの製造上の課題に直面しています。」 例えば、既知の製造技術では液滴のサイズを正確に制御することは困難である。

Kang 氏は、同僚とともに、パターンを互いに近づけて配置する方法を見つけて、パターンの解像度を向上させることに取り組む予定であると述べています。 彼らはまた、液体金属回路の導電率をさらに高めることも計画している。