液体金属のブレークスルーは、日常の材料を電子「スマートデバイス」に変えることができます

Cell Press 2023 年 6 月 9 日

研究者らは、液体金属を紙やプラスチックなどの表面に塗布する新しい方法を開発し、これらの日常的な材料を潜在的な「スマートデバイス」に変えました。 今後の取り組みは、さまざまな表面への適用を拡大し、この方法で処理された材料からスマートデバイスを構築することを目指しています。

中国の科学者たちは、紙やプラスチックなどの日常的な材料を液体金属でコーティングする技術を考案し、「スマートデバイス」を生み出す可能性がある。 この方法では、結合材を使用するのではなく圧力を調整することで、高い表面張力のためにこれまで困難であった、液体金属を表面に付着させることに成功しました。

Everyday materials such as paper and plastic could be transformed into electronic "smart devices" by using a simple new method to apply liquid metal to surfaces, according to scientists in Beijing, China. The study, published June 9 in the journal Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Cell Reports Physical Science では、液体金属と結合しにくい表面に液体金属コーティングを適用する技術を紹介しています。 このアプローチは大規模に機能するように設計されており、ウェアラブル テスト プラットフォーム、フレキシブル デバイス、ソフト ロボット工学に応用できる可能性があります。

「以前は、液体金属が濡れていない表面にそう簡単に付着することは不可能だと考えられていましたが、ここでは圧力を調整するだけでさまざまな表面に付着することができます。これは非常に興味深いことです」と清華大学の科学者ボー・ユアン氏は述べた。大学および研究の筆頭著者。

液体金属と従来の材料を組み合わせようとする科学者は、液体金属の非常に高い表面張力によって妨げられてきました。そのため、紙を含むほとんどの材料と結合することができません。 この問題を克服するために、これまでの研究は主に、第 3 の材料を使用して液体金属を表面に結合させる「転写印刷」と呼ばれる技術に焦点を当ててきました。 しかし、この戦略には欠点があります。材料を追加するとプロセスが複雑になり、最終製品の電気的、熱的、または機械的性能が弱くなる可能性があります。

液体金属処理された紙で構築された多機能折り紙構造。 クレジット: Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

金属の特性を犠牲にすることなく液体金属を基板に直接印刷できる代替アプローチを探るため、Yuanらは2つの異なる液体金属（eGalnとBilnSn）をさまざまなシリコーンおよびシリコーンポリマースタンプに塗布し、こするときに異なる力を加えた。スタンプを紙の表面に貼り付けます。

「当初は、基板上に液体金属コーティングを安定して付着させるのが難しかったです」とユアン氏は語った。 「しかし、多くの試行錯誤を経て、最終的に、安定した再現可能な接着を実現するための適切なパラメータが得られました。」

研究者らは、液体金属で覆われたスタンプを紙に少量の力でこすり付けると、金属液滴が効果的に表面に結合できる一方、より大きな力を加えると液滴が所定の位置に留まらないことを発見した。

次に、チームは金属コーティングされた紙を折り鶴に折り、プロセスが完了した後も表面を通常どおり折りたたむことができることを実証しました。 その後も、改質された紙は通常の特性を維持します。

この技術は有望に見えるが、液体金属コーティングを塗布した後に確実に所定の位置に留まるようにする方法を研究者らがまだ模索中であるとユアン氏は述べた。 今のところ、紙の表面に包装材を追加することは可能だが、チームはそれを必要としない解決策を見つけたいと考えている。

「紙に塗られた濡れたインクが手で拭き取れるのと同じように、ここで包装されていない液体金属コーティングも塗布時に接触する物体によって拭き取ることができます」とユアン氏は述べた。 「コーティング自体の性質には大きな影響はありませんが、接触するものを汚す可能性があります。」

将来的には、チームはこの方法を発展させて、金属やセラミックなど、より多様な表面に液体金属を塗布できるようにすることも計画しています。

「この方法で処理された材料を使用してスマートデバイスを構築することも計画しています」と袁氏は語った。

参考文献: 「力応答接着に基づく液体金属多機能紙の直接製造」Yuan et al.、2023 年 6 月 9 日、Cell Reports Physical Science.DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101419

この研究は、中国ポスドク科学財団、中国国立自然科学財団、および南山と清華SIGSの科学技術における協力資金によって支援されました。