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May 30, 2023

固化した液体金属を使用して 3D フレキシブル エレクトロニクスを構築する

2023 年 2 月 23 日の特集 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの内容を保証しながら、次の属性を強調しました。

2023年2月23日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Tech Explore

近年、エンジニアや材料科学者は、さまざまな形状やサイズのフレキシブルエレクトロニクスを作成するための特に有望な材料を特定しようとしています。 最終的には、これらの電子機器はウェアラブル デバイス (生体信号を監視するスマート ウォッチや医療機器など)、ソフト ロボット、その他のシステムに統合される可能性があります。

伸縮性エレクトロニクスの製造に使用できる多くの種類の材料の中には、本質的にガリウムを含む金属の混合物であるガリウム合金をベースとした液体金属があります。 液体ガリウム合金は本質的に流体であり、導電性が高く、ソフトまたはフレキシブルエレクトロニクスの作成にとって 2 つの有利な特性を備えています。

しかし、液体金属を使用して三次元 (3D) 回路を構築することは、これまでのところ困難であることがわかっています。 これにより、液体ガリウム合金を使用して作成できる構造に制限が設けられ、柔らかく伸縮性のある電子デバイスの作成に広く使用されることが妨げられています。

ハルビン工業大学と中国科学院の研究者たちは最近、液体ガリウム - インジウム合金を使用して 3D 回路を備えたフレキシブルエレクトロニクスを製造しました。 Nature Electronicsに掲載された彼らの論文では、固液相転移、機械的強度、固体状態での良好な可塑性など、フレキシブルエレクトロニクスの開発に適した品質を備えたガリウム合金が特定されています。

「我々は、ガリウム・インジウム合金を用いて、固液相転移と液体金属の塑性変形を利用して、3D回路を備えたフレキシブル・エレクトロニクスを製造できることを示した」とGuoqiang Li氏と同僚らは論文に書いている。

ガリウム - インジウム合金である Ga10In を使用してフレキシブルエレクトロニクスを製造するために、研究者らはまず合金のバルクサンプルを低温まで冷却しました。 このプロセスにより、材料を固体の金属ワイヤーとシートに成形することができました。

「固体だが塑性変形可能な合金ワイヤは、溶融温度以上に加熱される前に、低温（摂氏15度未満）で回路の形に成形され、エラストマーにカプセル化される」とLi氏と彼の同僚は論文で説明した。 「その後、過冷却効果により、合金は融点以下を含む幅広い温度で液体状態を維持できるようになります。」

チームは、既製の液体金属構造をエラストマーにカプセル化し、摂氏 22.7 度以上に加熱することで、これらの構造が確実に流動性を回復できるようにしました。 このプロセスにより、電気を伝導する伸縮性のある液体金属が得られ、柔軟な電子部品の作成に使用できるようになりました。