微流控和液態(tài)金屬結(jié)合 助力柔性電子器件大規(guī)模制造

近日，國(guó)家納米科學(xué)中心蔣興宇研究員小組結(jié)合微流控和液態(tài)金屬開(kāi)發(fā)了一種可大規(guī)模制造柔性電子器件的方法，通過(guò)絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、微流道等方法能在各種基底材料上得到高導(dǎo)電、高彈性、高生物相容性的電路。該項(xiàng)研究將有望廣泛用于可穿戴設(shè)備、可植入器件以及柔性機(jī)器人等新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)。相關(guān)研究成果“Printable Metal-Polymer Conductors for Highly Stretchable Bio-Devices”被iScience雜志于2018年6月14日在線發(fā)表。

液態(tài)金屬如鎵的合金在常溫下不僅自身具有流動(dòng)性，電流也能在其中流動(dòng)，是作為可拉伸器件和電路的理想材料。但是液態(tài)金屬具有巨大的表面能（難以鋪展），且其表面會(huì)自發(fā)形成的絕緣氧化膜，這就使得液態(tài)金屬在各種基底上的印刷一直是一個(gè)難題。為了克服液態(tài)金屬的表面能，并高效地破碎了液態(tài)金屬顆粒表面的氧化膜，蔣興宇課題組使用液態(tài)金屬顆粒印刷-高分子澆注-高分子剝離的方法，得到了高導(dǎo)電，高彈性的液態(tài)金屬-高分子復(fù)合物。在該復(fù)合物表面，液態(tài)金屬的“島”分布在高分子的“海洋”中，液態(tài)金屬的“島”實(shí)現(xiàn)了與外部器件的連接；而在復(fù)合物內(nèi)部，則是四通八達(dá)的液態(tài)金屬“河流”, 該河流保證了復(fù)合物的高導(dǎo)電性和高彈性。整個(gè)制備工藝可在室溫下進(jìn)行，可避免高溫對(duì)高分子基底的破壞。

蔣興宇課題組將該復(fù)合物印刷在彈性的硅膠基底上制成高彈性的電路，該電路在極端的應(yīng)變條件下（>500%）也不會(huì)失效。他們也將復(fù)合物印刷在乳膠手套上制成鍵盤手套，該手套不僅能監(jiān)控手部動(dòng)作，而且能實(shí)現(xiàn)字符的輸入。蔣興宇課題組進(jìn)一步將該復(fù)合物制成電轉(zhuǎn)染的生物電極，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞基因的高效轉(zhuǎn)染。該項(xiàng)研究將有望大大增加電路的彈性，降低柔性可拉伸電路的制造成本，還將促進(jìn)可穿戴設(shè)備、可植入器件以及柔性機(jī)器人等新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部等項(xiàng)目的支持。