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acsami.2c04043.pdf - DR-NTU
摘要：共晶镓-铟 (EGaIn) 因其在室温下可塑性强、导电性和机械稳定性，越来越多地被用作分子电子学和可穿戴医疗设备中的界面导体材料。尽管这种用途日益广泛，但控制 EGaIn 与周围物体相互作用的机械和物理机制（主要受表面张力和界面粘附力调节）仍不太清楚。在这里，我们在原始 EGaIn/GaO x 表面上使用深度感应纳米压痕 (DSN)，揭示了 EGaIn/基底界面能的变化如何调节粘附和接触机械行为，特别是具有不同毛细管几何形状和压力的 EGaIn 毛细管桥的演变。通过使 EGaIn 处于不同的化学环境中，并用化学性质不同的自组装单层 (SAM) 对尖端进行功能化，可以改变界面能，我们发现 EGaIn 和固体基底之间的粘附力可以提高多达 2 个数量级，从而使毛细管桥的伸长率增加约 60 倍。我们的数据表明，通过部署具有不同端基的 SAM 的分子结，电荷传输速率趋势、单层的电阻以及 EGaIn 和单层之间的接触相互作用（从电气特性来看）也受界面能控制。这项研究为了解界面能对 EGaIn 毛细管桥几何特性的作用提供了关键的理解，为以受控方式制造 EGaIn 结提供了见解。关键词：EGaIn、毛细管桥、深度感应纳米压痕、分子结、自组装单分子膜■ 简介
从乙腈中可扩展电沉积液态金属...
高度集成的可拉伸电子产品的发展需要开发可扩展的（亚）微米导体图案。共晶镓铟 (EGaIn) 是一种适用于可拉伸电子产品的导体，因为其液态金属特性使其在变形时具有高电导率。然而，它的高表面能使其以亚微米分辨率进行图案化具有挑战性。在此，我们通过首次报道 EGaIn 的电沉积克服了这一限制。我们使用一种非水基乙腈电解质，该电解质具有高电化学稳定性和化学正交性。电沉积材料可产生低电阻线，在（重复）拉伸至 100% 应变时仍保持稳定。由于电沉积受益于用于图案化基底金属的成熟纳米制造方法的分辨率，因此提出的“自下而上”方法通过在纳米压印预图案化的金种子层上进行电镀，在弹性体基板上实现了 300 nm 半间距的 EGaIn 规则线的创纪录高密度集成。此外，通过填充高纵横比通孔，实现了垂直集成。该功能通过制造全向可拉伸的 3D 电子电路概念化，并展示了用于制造微芯片互连的稳定镶嵌工艺的软电子模拟。总体而言，这项工作提出了一种简单的方法来解决高度集成 (3D) 可拉伸电子产品中的金属化挑战。
用于可拉伸电子产品的数码印刷液态金属嵌入弹性体油墨中银微薄片的比较研究
与刚性印刷电路板 (PCB) 和柔性 PCB 相比，软电路具有更高的稳健性和更好的机械阻抗匹配性，可与更广泛的宿主表面（包括纺织品和人体软组织）匹配。然而，可拉伸电子产品开发中的一个关键挑战是使用可印刷油墨的能力，这种油墨在 > 100% 的大应变下仍能保持高电导率和稳定的走线电阻。一种有前途的方法来创建具有低机电耦合的柔软、可拉伸和可印刷电子产品，就是将微流体通道或液态金属 (LM) 液滴整合到软弹性体中。[8,9] 镓基 LM，例如共晶镓铟 (EGaIn)，因其高导电性、低流体粘度和可忽略不计的毒性而特别受欢迎。[10] 然而，制造带有 LM 导体的电路通常需要大量劳动力，并且需要许多手动步骤。由于 LM 的粘度低、表面张力高且与基板的粘附性差，直接打印 LM 也具有挑战性。因此，研究人员试图提出创新技术，以打印基于 LM 的电路。在一项研究中，EGaIn 沉积在印刷的 Ag 纳米墨水上，以实现电导率提高 6 个数量级、应变耐受极限提高 20 倍以上。[11] EGaIn 还用于选择性润湿光刻图案化的铜 (Cu) 走线，以创建高性能集成电路 [12]，并且还沉积在电纺弹性纤维垫上，以获得具有高导电性和可拉伸性的薄膜导体。[13] 在另一项最近的研究中，LM 和银薄片悬浮在热塑性弹性体中，并用于具有极高拉伸性 (2500%) 的摩擦电纳米发电机。 [14] 其他努力包括利用 EGaIn 液滴渗透网络，无论是印刷迹线的形式 [15,16,17] 还是由悬浮在弹性体基质中的 LM 液滴组成的橡胶复合材料。[18,19,20] 然而，这些使用 LM 液滴印刷软电子器件的方法需要额外的热、光学或机械烧结步骤，以及其他形式的后处理以诱导电导率，并且印刷适性对于与微电子集成的应用受到限制
是液体金属散装导体吗？ -Dylan Shah的
液体 - 固体增益混合物或双相增益（BGAIN）可以达到糊状的一致性，而不会失去液体金属的电性能。尽管在可加工性方面取得了进展，但尚未完全了解Egain和Bgain的电源。研究人员报道了egain的耐药性结果的相对变化（图1A）和液态金属的复合材料[32,33]（包括双相材料和液态金属包含的弹性体或LMEES，或LMEES，如图1B所示）。尽管有些样本似乎遵循批量导体假设（Pouillet定律），但许多研究表明，低于模型预测的值的电阻。由于液态金属研究中使用的广泛测量技术，通常不清楚是由于内在电导率的变化而造成的差异，而不是由实验设置引起的未校正误差。为了说明测量技术的重要性，请考虑经典的两端测量系统的情况。这些测量值通常是要执行的EAS，但引入了重大的测量误差。[34]在此设置中，Sci-Intist或工程师将使用两条线将万用表连接到样品的两端（图2 A，B）。万用表报告的阻力必然包括感兴趣材料（例如，bgain等）的阻力。），除了包括铅线，铅线和样品电极之间的接触电阻以及任何组件（例如铜末端，导电环氧，氧化物，氧化物，[35]等）的抗性外，还包括）。）。在电线和感兴趣的材料之间。对于较高的电阻导体（例如传感器中的石墨 - 硅胶导电材料，通常在几个KΩ[36]范围内）寄生抗性可忽略不计。相比之下，如果样品电阻为1Ω，与0.1Ω的组合寄生抗性（对于LM电路常见），则寄生抗性表示固定的10％死亡重量误差。假设可以为可拉伸电子设备获得可靠的测量值，那么标记液体金属电源机电行为的正确模型是什么？图1显示了文献中报道的重要行为范围，但是许多作者认为批量构件假设（Pouillet定律[4,27,37]）是适当的基准。通常，液态金属样品包含在弹性材料中，这些材料根据材料的泊松比减少其横截面区域。
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Febby Krisnadi，Ankit博士，Mohit Rameshchandra Kulkarni博士，助理。 Prof. Nripan Mathews School of Materials Science and Engineering Nanyang Technological University, Singapore E-mail: nripan@ntu.edu.sg Linh Lan Nguyen Chemistry and Biological Chemistry, School of Physical and Mathematical Sciences Nanyang Technological University, Singapore Dr. Jinwoo Ma, Prof. Michael David Dickey Department of Chemical and Biomolecular Engineering North Carolina State University, Raleigh, North美国卡罗来纳州，电子邮件：mddickey@ncsu.edu Assoc。 Nripan Mathews能源研究所教授 @ ntu（eri @ n）Nanyang Technological University，新加坡＃这些作者为这项工作做出了同样的贡献。 关键字：软电子，egain，电介型，定向组装，自我修复Febby Krisnadi，Ankit博士，Mohit Rameshchandra Kulkarni博士，助理。Prof. Nripan Mathews School of Materials Science and Engineering Nanyang Technological University, Singapore E-mail: nripan@ntu.edu.sg Linh Lan Nguyen Chemistry and Biological Chemistry, School of Physical and Mathematical Sciences Nanyang Technological University, Singapore Dr. Jinwoo Ma, Prof. Michael David Dickey Department of Chemical and Biomolecular Engineering North Carolina State University, Raleigh, North美国卡罗来纳州，电子邮件：mddickey@ncsu.edu Assoc。Nripan Mathews能源研究所教授 @ ntu（eri @ n）Nanyang Technological University，新加坡＃这些作者为这项工作做出了同样的贡献。关键字：软电子，egain，电介型，定向组装，自我修复
芯片液体金属塞发电机
镀仑及其合金在近年来引起了人们的关注。[1,2]尽管凝胶的熔点为29.8°C，但它可以与其他金属合金（例如impium（in）和TIN（SN）（SN）合成，以进一步降低其熔点。在过去的十年中，特定的焦点一直放在共晶的gal- lium im依（Egain; 75 wt％ga，25 wt％in;熔点：14.2°C）和galinstan（68.5 wt％ga，21 wt％，21 wt％，21 wt％in，10 wt％sn; 10 wt％sn;熔点：13.2°C）。[3]这些基于甘露的液体金属合金具有包括高电导率在内的金属的证明（约3.4×10 6 s m-1，比铜低约17倍），低粘度（大约是水的粘度的两倍），高表面张力（大约600-700-700-700 mn-m-nm-n m-nm-n m-nm-n m-n m-n m-n m-n m-n m-n m-n m-n m-n m-n ligible vapor and pa pa and pa pa and paepers），<<10 - <处理无需在烟雾罩中工作。[4] Gal-Instan和Egain在微电力机械系统和微富集学中引起了人们的关注，其应用，包括可拉伸的电子设备，[5,6]可重新配置的天线，[7,8]软机器人和可穿戴设备，[9-11]微流体的固定器，[9-11]微流体 - 液化剂，[12,14-14] [12,1,3] [12,-1--13]。液滴发生器。[15,16]由于固有的挑战，诸如将液体金属注入微通道内部，因此由于它们的高表面十足，液滴发生器允许可重复生成可配置尺寸的液滴的生成仍然具有挑战性。这样的液滴发生器将为执行器等应用的纳米和微螺旋铺平道路，[17,18]泵，[19,20]触觉设备，[21]
液态金属纳米复合材料 - NSF-PAR
弹性体仍然是一种流行的方法，2,4 人们对由彼此隔离或连接以形成导电通路的 LM 液滴悬浮液组成的材料系统的兴趣日益浓厚。9,10 近年来，后者的努力与基于 LM 的纳米技术 11 的实践相结合，从而开辟了液态金属纳米复合材料研究的新领域。LM 纳米复合材料代表了这样的材料系统：其中 LM 合金（如 EGaIn 或 Galinstan）要么作为纳米级液滴悬浮在液态金属聚合物基质中，要么与金属纳米颗粒混合以形成双相组合物，其中 LM 充当连续基质相。无论哪种情况，LM 纳米复合材料都代表了我们如何定制液态金属材料的电学、介电和热学性能的潜在范例。历史上，改变固体材料此类特性的努力通常集中在填充有刚性金属、陶瓷纳米粒子或碳同素异形体的粒子复合材料上。然而，此类填充材料会导致刚度和机械滞后增加，尤其是在渗透和电导率所需的高浓度下。虽然对于某些应用来说是可以接受的，但对于需要与固体材料和生物组织相匹配的机械柔顺性的计算、机器人和医学等新兴技术来说，这种权衡极大地限制了它们。在这方面，用 LM 纳米液滴代替刚性填料可以显著拓宽纳米复合材料的应用范围。在这里，我们回顾了合成 LM 纳米复合材料的方法的最新进展及其在固体物质传感、驱动和能量收集方面的应用。我们首先总结了合成纳米级 LM 液滴（可在溶剂中形成稳定悬浮液）的技术背景和方法进展。接下来，我们介绍 LM-聚合物纳米复合材料的最新进展，这种复合材料由嵌入在软弹性介质中的 LM 纳米液滴组成。最后，我们讨论了在创建刚性金属纳米颗粒嵌入块体中的材料系统方面所做的平行努力
使用双相式镀与印度的高度可拉伸的多层电子电路
oft和可拉伸的电子设备正在集成到下一代电子设备中，其中包括软机器人1，可穿戴电子2，生物医学设备3和人类 - 机器人界面4、5。在开发可拉伸传感器6，显示7，加热器8，储能设备9和集成电路（ICS）10的新颖材料和架构中取得了令人鼓舞的进步。但是，该领域仍然缺乏具有集成计算，有效的数据传输和微型电损失的高度可拉伸的多层电子电路。商业电子产品可以提供各种不引人注目的，廉价的，高性能的ICS，从微控制器到放大器，但是使用这些ICS创建可拉伸的电路需要每个电路元件之间的强大界面。在这项工作中，我们通过采用双相式镀机合金（BGAIN）来介绍可伸缩的印刷电路板（PCB）组件的可拉伸版本，从而创建了高度可拉伸的导电痕迹和柔软的刚性电子组件之间的耐用接口。正在积极研究三种主要策略，以实现可拉伸的电子设备：基于结构的可拉伸导体，本质上可拉伸的导体和导电复合材料。高导电性，不可延迟的薄金属膜可以几何图案化，以获得平面外变形和线性弹力10-13。尽管它们与传统的电子合并良好接触，但它们的可伸缩性和组分的面积密度通常受到限制。一种流行的方法，放置常规电子组件本质上可拉伸的导体，例如室温液体金属（Eutectic Callium-Indium，Egain 14），离子诱导器15和导电聚合物16，17-不需要复杂的图案，但每个苦难都需要复杂的，但每个遭受了几种苦难，包括几种吸水物，包括泄漏，脱落，脱何，脱何，递减，递减，递减和低电导率。导电夹杂物聚合物复合材料也可以在没有复杂图案的情况下拉伸，但通常患有最大菌株和高电阻18、19。此外，在菌株20、21期间，关于可拉伸导体的报告相对较少。已经大力努力在可伸缩零件和市售的高性能ICS之间建立可靠的连接。