近日, 中國科學院國家納米科學中心研究員蔣興宇小組結合微流控和液態金屬開發了一種可大規模製造柔性電子器件的方法, 通過絲網印刷, 噴墨列印, 微流道等方法能在各種基底材料上得到高導電, 高彈性, 高生物相容性的電路. 該項研究將有望廣泛用於可穿戴設備, 可植入器件以及柔性機器人等新領域的開發. 相關研究成果以Printable Metal-Polymer Conductors for Highly Stretchable Bio-Devices 為題被iScience 雜誌於6月14日線上發表.
液態金屬如鎵的合金在常溫下不僅自身具有流動性, 電流也能在其中流動, 是作為可拉伸器件和電路的理想材料. 但是液態金屬具有巨大的表面能 (難以鋪展) , 且其表面會自發形成絕緣氧化膜, 這就使得液態金屬在各種基底上的印刷一直是一個難題. 為了克服液態金屬的表面能, 並高效地破碎液態金屬顆粒表面的氧化膜, 蔣興宇課題組使用液態金屬顆粒印刷-高分子澆注-高分子剝離的方法, 得到了高導電, 高彈性的液態金屬-高分子複合物. 在該複合物表面, 液態金屬的 '島' 分布在高分子的 '海洋' 中, 液態金屬的 '島' 實現了與外部器件的連接; 而在複合物內部, 則是四通八達的液態金屬 '河流' , 該河流保證了複合物的高導電性和高彈性. 整個製備工藝可在室溫下進行, 可避免高溫對高分子基底的破壞.
蔣興宇課題組將該複合物印刷在彈性的矽膠基底上製成高彈性的電路, 該電路在極端的應變條件下 (﹥500%) 也不會失效. 他們也將複合物印刷在乳膠手套上製成鍵盤手套, 該手套不僅能監控手部動作, 而且能實現字元的輸入. 蔣興宇課題組進一步將該複合物製成電轉染的生物電極, 實現了活細胞基因的高效轉染. 該項研究將有望大大增加電路的彈性, 降低柔性可拉伸電路的製造成本, 還將促進可穿戴設備, 可植入器件以及柔性機器人等新領域的開發和應用.
該項研究得到了國家自然科學基金委, 中華人民共和國科學技術部等的支援.
