研究员开发出用于3D电路线的液态金属油墨

aau讯（编辑 Sunshine）当下，电子设备制造商正在为其产品追求新的外形尺寸，以使其具备可折叠、可拉伸、变形等性能。为了生产这种高度可拉伸或可变形的装置，因此有必要开发其电性能可经受严酷的变形或机械损伤的电极和电路线。为此，POSTECH-延世大学联合研究团队开发了液态金属油墨，以适应可改变任何形状的打印电子设备。

POSTECH材料科学与工程系的Unyong Jeong教授和Selvaraj Veerapandian博士与延世大学材料科学与工程系的Aloysius Soon教授和Woosun Jang博士共同开发了具有高导电性和粘塑性的液态金属微粒。研究结果于2021年1月4日发表在国际权威期刊《自然材料》上。

　　众所周知，电子设备通常使用由诸如金、银或铜的硬质金属制成的电极和电路线。然而，这样的金属基板在外部压力和拉伸时会破裂并失去其导电性，从而使其不适用于可变形电子设备。相反，液态金属（在室温下像液体一样流动，易变形且导电性很高）因其在可拉伸电路中的潜在适用性而备受关注。但是，当将这些液态金属制成墨水时，表面会形成绝缘的氧化皮，在打印后会去除导电性。

　　为此，联合研究小组设计了一种通过将氢离子掺杂到液态金属微粒的氧化膜中而将其转变为导体的方法。为了从理论上验证通过将氢掺杂到氧化膜的电导率，研究小组使用了基于量子力学的材料模拟，以证实掺杂氢的氧化铟或镓的导电性与目前正在使用的用于透明电极的铟锡氧化物（ITO）电极相似。此外，研究人员还证实，吸附到聚合物表面的掺杂氢的氧化膜具有粘塑性，可以承受约300％的伸长应变而不会破裂。

　　这种掺杂氢的液态金属微粒的新型液态金属油墨可以在各种可拉伸基材上直接3D打印电路线。由于微粒可以在变形时改变形状且保持高电导率，因此即使在拉伸超过500％时，打印电极和电路线的电阻变化也可以忽略不计，即使在高湿度、高温或严重机械损坏等恶劣环境下也可以保持电性能。因此，研究员预计这项创新技术将有助于开发下一代可拉伸设备。

　　延世大学教授Unyong Jeong表示：“迄今为止，尚未研究出金属氧化物具有如此高的粘塑性。从对导电氧化物皮的粘塑性的研究开始，就开辟了开发半导体和绝缘体的韧性金属氧化物的可能性。”

　　由Unyong Jeong教授领导的POSTECH研究团队正在致力于使用最新开发的墨水和打印技术将高度可拉伸的电路商业化。由于他们的液态金属油墨允许使用传统的打印方法来制造复杂的3D电路而不会泄漏电流，因此新的油墨预计将通过3D打印在其他行业（如机器人技术、电子皮肤和可穿戴设备）中使用。

“这项研究的最终目标是开发可伸缩和可折叠的3D电子设备，即使在恶劣的条件或机械损坏下也能保持其电子属性，”Unyong Jeong授补充道。

　　据了解，这项研究是在全球前沿项目高级软电子中心、韩国国家研究基金会（NRF）、科学信息与通信技术与未来规划部以及韩国化学技术研究所（KRICT）资助的创意材料发现计划的支持下进行的。

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