Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Εμφανίζει ένα καρουζέλ τριών διαφανειών ταυτόχρονα.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά Προηγούμενο και Επόμενο για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά ή χρησιμοποιήστε τα κουμπιά ρυθμιστικού στο τέλος για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά.
Εδώ δείχνουμε τις ιδιότητες διαβροχής, αυθόρμητης και επιλεκτικής διαβροχής των υγρών κραμάτων μετάλλων με βάση το γάλλιο σε επιμεταλλωμένες επιφάνειες με τοπογραφικά χαρακτηριστικά μικροκλίμακα.Τα υγρά κράματα μετάλλων με βάση το γάλλιο είναι εκπληκτικά υλικά με τεράστια επιφανειακή τάση.Ως εκ τούτου, είναι δύσκολο να διαμορφωθούν σε λεπτές μεμβράνες.Η πλήρης διαβροχή του ευτηκτικού κράματος του γαλλίου και του ινδίου επιτεύχθηκε στην μικροδομημένη επιφάνεια χαλκού παρουσία ατμών HCl, οι οποίοι αφαιρούσαν το φυσικό οξείδιο από το υγρό κράμα μετάλλων.Αυτή η διαβροχή εξηγείται αριθμητικά με βάση το μοντέλο Wenzel και τη διαδικασία όσμωσης, δείχνοντας ότι το μέγεθος της μικροδομής είναι κρίσιμο για την αποτελεσματική διαβροχή υγρών μετάλλων που προκαλείται από όσμωση.Επιπλέον, αποδεικνύουμε ότι η αυθόρμητη διαβροχή υγρών μετάλλων μπορεί να κατευθυνθεί επιλεκτικά κατά μήκος μικροδομημένων περιοχών σε μια μεταλλική επιφάνεια για να δημιουργήσει σχέδια.Αυτή η απλή διαδικασία επικαλύπτει και διαμορφώνει ομοιόμορφα το υγρό μέταλλο σε μεγάλες επιφάνειες χωρίς εξωτερική δύναμη ή πολύπλοκο χειρισμό.Έχουμε αποδείξει ότι τα υποστρώματα με μοτίβο υγρού μετάλλου διατηρούν ηλεκτρικές συνδέσεις ακόμα και όταν τεντώνονται και μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους τεντώματος.
Τα υγρά κράματα μετάλλων με βάση το γάλλιο (GaLM) έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των ελκυστικών ιδιοτήτων τους όπως χαμηλό σημείο τήξης, υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, χαμηλό ιξώδες και ροή, χαμηλή τοξικότητα και υψηλή παραμορφωσιμότητα1,2.Το καθαρό γάλλιο έχει σημείο τήξης περίπου 30 °C και όταν συντήκεται σε ευτηκτικές συνθέσεις με ορισμένα μέταλλα όπως το In και το Sn, το σημείο τήξης είναι κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου.Τα δύο σημαντικά GaLM είναι το ευτηκτικό κράμα γαλλίου ινδίου (EGaIn, 75% Ga και 25% In κατά βάρος, σημείο τήξεως: 15,5 °C) και το ευτηκτικό κράμα γαλλίου ινδίου (GaInSn ή galinstan, 68,5% Ga, 21,5% In, και 10 % κασσίτερος, σημείο τήξεως: ~11 °C)1.2.Λόγω της ηλεκτρικής αγωγιμότητάς τους στην υγρή φάση, τα GaLM διερευνώνται ενεργά ως εφελκυστικά ή παραμορφώσιμα ηλεκτρονικά μονοπάτια για μια ποικιλία εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών3,4,5,6,7,8,9 τεντωμένων ή καμπύλων αισθητήρων 10, 11, 12 , 13, 14 και απαγωγές 15, 16, 17. Η κατασκευή τέτοιων συσκευών με εναπόθεση, εκτύπωση και διαμόρφωση από το GaLM απαιτεί γνώση και έλεγχο των ιδιοτήτων διεπιφάνειας του GaLM και του υποκείμενου υποστρώματος του.Τα GaLM έχουν υψηλή επιφανειακή τάση (624 mNm-1 για το EGaIn18,19 και 534 mNm-1 για το Galinstan20,21) που μπορεί να κάνει δύσκολο τον χειρισμό ή τον χειρισμό τους.Ο σχηματισμός μιας σκληρής κρούστας φυσικού οξειδίου του γαλλίου στην επιφάνεια του GaLM υπό συνθήκες περιβάλλοντος παρέχει ένα κέλυφος που σταθεροποιεί το GaLM σε μη σφαιρικό σχήμα.Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στο GaLM να εκτυπωθεί, να εμφυτευτεί σε μικροκανάλια και να διαμορφωθεί με τη σταθερότητα της διεπαφής που επιτυγχάνεται από τα οξείδια19,22,23,24,25,26,27.Το κέλυφος σκληρού οξειδίου επιτρέπει επίσης στο GaLM να προσκολλάται στις περισσότερες λείες επιφάνειες, αλλά εμποδίζει τα μέταλλα χαμηλού ιξώδους να ρέουν ελεύθερα.Η διάδοση του GaLM στις περισσότερες επιφάνειες απαιτεί δύναμη για να σπάσει το κέλυφος του οξειδίου28,29.
Τα κελύφη οξειδίου μπορούν να αφαιρεθούν, για παράδειγμα, με ισχυρά οξέα ή βάσεις.Ελλείψει οξειδίων, το GaLM σχηματίζει σταγόνες σε όλες σχεδόν τις επιφάνειες λόγω της τεράστιας επιφανειακής τάσης τους, αλλά υπάρχουν και εξαιρέσεις: το GaLM διαβρέχει μεταλλικά υποστρώματα.Το Ga σχηματίζει μεταλλικούς δεσμούς με άλλα μέταλλα μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως «αντιδραστική διαβροχή»30,31,32.Αυτή η αντιδραστική διαβροχή εξετάζεται συχνά απουσία επιφανειακών οξειδίων για τη διευκόλυνση της επαφής μετάλλου με μέταλλο.Ωστόσο, ακόμη και με φυσικά οξείδια στο GaLM, έχει αναφερθεί ότι οι επαφές μετάλλου με μέταλλο σχηματίζονται όταν σπάνε οξείδια σε επαφές με λείες μεταλλικές επιφάνειες29.Η αντιδραστική διαβροχή έχει ως αποτέλεσμα χαμηλές γωνίες επαφής και καλή διαβροχή των περισσότερων μεταλλικών υποστρωμάτων33,34,35.
Μέχρι σήμερα, έχουν διεξαχθεί πολλές μελέτες σχετικά με τη χρήση των ευνοϊκών ιδιοτήτων της αντιδραστικής διαβροχής του GaLM με μέταλλα για να σχηματιστεί ένα σχέδιο GaLM.Για παράδειγμα, το GaLM έχει εφαρμοστεί σε διαμορφωμένες συμπαγείς μεταλλικές ράγες με επάλειψη, κύλιση, ψεκασμό ή κάλυψη σκιάς34, 35, 36, 37, 38. Η επιλεκτική διαβροχή του GaLM σε σκληρά μέταλλα επιτρέπει στο GaLM να σχηματίζει σταθερά και καλά καθορισμένα σχέδια.Ωστόσο, η υψηλή επιφανειακή τάση του GaLM εμποδίζει το σχηματισμό εξαιρετικά ομοιόμορφων λεπτών μεμβρανών ακόμη και σε μεταλλικά υποστρώματα.Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, οι Lacour et al.ανέφερε μια μέθοδο για την παραγωγή λείων, επίπεδων λεπτών μεμβρανών GaLM σε μεγάλες περιοχές με εξάτμιση καθαρού γαλλίου σε μικροδομημένα υποστρώματα επικαλυμμένα με χρυσό37,39.Αυτή η μέθοδος απαιτεί εναπόθεση υπό κενό, η οποία είναι πολύ αργή.Επιπλέον, το GaLM γενικά δεν επιτρέπεται για τέτοιες συσκευές λόγω πιθανής ευθραυστότητας40.Η εξάτμιση επίσης εναποθέτει το υλικό στο υπόστρωμα, επομένως απαιτείται ένα σχέδιο για τη δημιουργία του σχεδίου.Αναζητούμε έναν τρόπο να δημιουργήσουμε λείες μεμβράνες και μοτίβα GaLM σχεδιάζοντας τοπογραφικά μεταλλικά χαρακτηριστικά που το GaLM βρέχει αυθόρμητα και επιλεκτικά απουσία φυσικών οξειδίων.Εδώ αναφέρουμε την αυθόρμητη επιλεκτική διαβροχή του EGaIn χωρίς οξείδια (τυπικό GaLM) χρησιμοποιώντας τη μοναδική συμπεριφορά διαβροχής σε φωτολιθογραφικά δομημένα μεταλλικά υποστρώματα.Δημιουργούμε φωτολιθογραφικά καθορισμένες επιφανειακές δομές σε μικροεπίπεδο για τη μελέτη της απορρόφησης, ελέγχοντας έτσι τη διαβροχή υγρών μετάλλων χωρίς οξείδια.Οι βελτιωμένες ιδιότητες διαβροχής του EGaIn σε μικροδομημένες μεταλλικές επιφάνειες εξηγούνται με αριθμητική ανάλυση με βάση το μοντέλο Wenzel και τη διαδικασία εμποτισμού.Τέλος, επιδεικνύουμε εναπόθεση μεγάλης επιφάνειας και διαμόρφωση του EGaIn μέσω αυτοαπορρόφησης, αυθόρμητης και επιλεκτικής διαβροχής σε μικροδομημένες επιφάνειες εναπόθεσης μετάλλων.Τα ηλεκτρόδια εφελκυσμού και οι μετρητές καταπόνησης που ενσωματώνουν δομές EGaIn παρουσιάζονται ως πιθανές εφαρμογές.
Η απορρόφηση είναι τριχοειδής μεταφορά κατά την οποία το υγρό εισβάλλει στην υφή επιφάνεια 41, η οποία διευκολύνει τη διασπορά του υγρού.Ερευνήσαμε τη συμπεριφορά διαβροχής του EGaIn σε μεταλλικές μικροδομημένες επιφάνειες που εναποτίθενται σε ατμό HCl (Εικ. 1).Ο χαλκός επιλέχθηκε ως μέταλλο για την υποκείμενη επιφάνεια. Σε επίπεδες χάλκινες επιφάνειες, το EGaIn έδειξε χαμηλή γωνία επαφής <20° παρουσία ατμού HCl, λόγω της αντιδραστικής διαβροχής31 (Συμπληρωματικό Σχ. 1). Σε επίπεδες χάλκινες επιφάνειες, το EGaIn έδειξε χαμηλή γωνία επαφής <20° παρουσία ατμού HCl, λόγω της αντιδραστικής διαβροχής31 (Συμπληρωματικό Σχ. 1). На плоских медных поверхностях EGaIn показал низкий краевой угол <20 ° в присутствии паров HCl из-за реактивного смачивания31 (дополнительный рисунок 1). Σε επίπεδες χάλκινες επιφάνειες, το EGaIn έδειξε χαμηλή γωνία επαφής <20° παρουσία ατμού HCl λόγω της αντιδραστικής διαβροχής31 (Συμπληρωματικό Σχήμα 1).在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn 在存在HCl 蒸气的情况下显示出<20 1).在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn在存在HCl На плоских медных поверхностях EGaIn демонстрира низкие краевые углы <20 ° в присутствии паров HCl из-за реактивного смачивания (дополнительный рисунок 1). Σε επίπεδες χάλκινες επιφάνειες, το EGaIn παρουσιάζει χαμηλές γωνίες επαφής <20° παρουσία ατμού HCl λόγω αντιδραστικής διαβροχής (Συμπληρωματικό Σχήμα 1).Μετρήσαμε τις στενές γωνίες επαφής του EGaIn στον χύμα χαλκό και σε μεμβράνες χαλκού που εναποτέθηκαν σε πολυδιμεθυλσιλοξάνιο (PDMS).
μια Στήλη (D (διάμετρος) = l (απόσταση) = 25 μm, d (απόσταση μεταξύ στηλών) = 50 μm, Η (ύψος) = 25 μm) και πυραμιδικές (πλάτος = 25 μm, ύψος = 18 μm) μικροδομές σε Cu Υποστρώματα /PDMS.β Αλλαγές που εξαρτώνται από το χρόνο στη γωνία επαφής σε επίπεδα υποστρώματα (χωρίς μικροδομές) και σειρές πυλώνων και πυραμίδων που περιέχουν PDMS με επικάλυψη χαλκού.γ, δ Διαλειμματική καταγραφή (γ) πλάγιας όψης και (δ) κάτοψης EGaIn διαβροχής στην επιφάνεια με κολώνες παρουσία ατμού HCl.
Για να εκτιμηθεί η επίδραση της τοπογραφίας στη διαβροχή, παρασκευάστηκαν υποστρώματα PDMS με κολονοειδές και πυραμιδικό σχέδιο, πάνω στα οποία εναποτέθηκε χαλκός με συγκολλητικό στρώμα τιτανίου (Εικ. 1α).Αποδείχθηκε ότι η μικροδομημένη επιφάνεια του υποστρώματος PDMS ήταν ομοιόμορφα επικαλυμμένη με χαλκό (Συμπληρωματικό Σχήμα 2).Οι εξαρτώμενες από το χρόνο γωνίες επαφής του EGaIn σε διαμορφωμένο και επίπεδο PDMS με διασκορπισμό χαλκού (Cu/PDMS) φαίνονται στα Σχ.1β.Η γωνία επαφής του EGaIn σε χαλκό με σχέδια/PDMS πέφτει στις 0° εντός ~1 λεπτού.Η βελτιωμένη διαβροχή των μικροδομών EGaIn μπορεί να αξιοποιηθεί από την εξίσωση Wenzel\({{{\rm{cos}}}}}}\,{\theta}_{{rough}}=r\,{{ { {{ \rm{ cos}}}}}}\,{\theta}_{0}\), όπου το \({\theta}_{{rough}}\) αντιπροσωπεύει τη γωνία επαφής της τραχιάς επιφάνειας, \ (r \) Τραχύτητα επιφάνειας (= πραγματική περιοχή/φαινομενική περιοχή) και γωνία επαφής στο επίπεδο \({\theta}_{0}\).Τα αποτελέσματα της ενισχυμένης διαβροχής του EGaIn στις διαμορφωμένες επιφάνειες συμφωνούν καλά με το μοντέλο Wenzel, καθώς οι τιμές r για την πλάτη και τις επιφάνειες με πυραμιδικά σχέδια είναι 1,78 και 1,73, αντίστοιχα.Αυτό σημαίνει επίσης ότι μια σταγόνα EGaIn που βρίσκεται σε μια επιφάνεια με σχέδια θα διεισδύσει στις αυλακώσεις του υποκείμενου ανάγλυφου.Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι σε αυτή την περίπτωση σχηματίζονται πολύ ομοιόμορφα επίπεδα φιλμ, σε αντίθεση με την περίπτωση του EGaIn σε μη δομημένες επιφάνειες (Συμπληρωματικό Σχ. 1).
Από το σχ.1c,d (Συμπληρωματική ταινία 1) μπορεί να φανεί ότι μετά από 30 δευτερόλεπτα, καθώς η φαινομενική γωνία επαφής πλησιάζει τις 0°, το EGaIn αρχίζει να διαχέεται πιο μακριά από την άκρη της σταγόνας, η οποία προκαλείται από την απορρόφηση (Συμπληρωματική ταινία 2 και Συμπληρωματική Εικ. 3).Προηγούμενες μελέτες επίπεδων επιφανειών έχουν συσχετίσει τη χρονική κλίμακα της αντιδραστικής διαβροχής με τη μετάβαση από την αδρανειακή στην ιξώδη διαβροχή.Το μέγεθος του εδάφους είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες για τον καθορισμό του εάν λαμβάνει χώρα η αυτοεκκίνηση.Συγκρίνοντας την επιφανειακή ενέργεια πριν και μετά την απορρόφηση από θερμοδυναμική άποψη, προέκυψε η κρίσιμη γωνία επαφής \({\theta}_{c}\) της απορρόφησης (βλ. Συμπληρωματική συζήτηση για λεπτομέρειες).Το αποτέλεσμα \({\theta}_{c}\) ορίζεται ως \({{{({\rm{cos))))))\,{\theta}_{c}=(1-{\ phi } _{S})/(r-{\phi}_{S})\) όπου το \({\phi}_{s}\) αντιπροσωπεύει την κλασματική περιοχή στην κορυφή της ανάρτησης και \(r\ ) αντιπροσωπεύει την τραχύτητα της επιφάνειας. Η απορρόφηση μπορεί να συμβεί όταν \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), δηλαδή η γωνία επαφής σε μια επίπεδη επιφάνεια. Η απορρόφηση μπορεί να συμβεί όταν \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), δηλαδή η γωνία επαφής σε μια επίπεδη επιφάνεια. Впитывание может происходить, когда \ ({\ theta } _ {c} \) > \ ({\ theta } _ {0} \), т.ε.контактный угол на плоской поверхности. Η απορρόφηση μπορεί να συμβεί όταν \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), δηλαδή η γωνία επαφής σε μια επίπεδη επιφάνεια.当\({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\)，即平面上的接触角时，会发生吸吸。当\({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\)，即平面上的接触角时，会发生吸吸。 Всасывание происходит, когда \ ({\ theta} _ {c} \) > \ ({\ theta} _ {0} \), контактный угол на плоскости. Η αναρρόφηση συμβαίνει όταν \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), γωνία επαφής στο επίπεδο.Για επιφάνειες με μετα-μοτίβο, τα \(r\) και \({\phi}_{s}\) υπολογίζονται ως \(1+\{(2\pi {RH})/{d}^{2} \ } \ ) και \(\pi {R}^{2}/{d}^{2}\), όπου το \(R\) αντιπροσωπεύει την ακτίνα της στήλης, το \(H\) αντιπροσωπεύει το ύψος της στήλης και \ ( d\) είναι η απόσταση μεταξύ των κέντρων δύο πυλώνων (Εικ. 1α).Για την μεταδομημένη επιφάνεια στο σχ.1a, η γωνία \({\theta}_{c}\) είναι 60°, η οποία είναι μεγαλύτερη από το επίπεδο \({\theta}_{0}\) (~25° ) σε ατμούς HCl Χωρίς οξείδιο EGaIn σε Cu/PDMS.Επομένως, τα σταγονίδια EGaIn μπορούν εύκολα να εισβάλουν στη δομημένη επιφάνεια εναπόθεσης χαλκού στο Σχ. 1α λόγω απορρόφησης.
Για να διερευνήσουμε την επίδραση του τοπογραφικού μεγέθους του σχεδίου στη διαβροχή και την απορρόφηση του EGaIn, διαφοροποιήσαμε το μέγεθος των στύλων με επίστρωση χαλκού.Στο σχ.2 δείχνει τις γωνίες επαφής και την απορρόφηση του EGaIn σε αυτά τα υποστρώματα.Η απόσταση l μεταξύ των στηλών είναι ίση με τη διάμετρο των στηλών D και κυμαίνεται από 25 έως 200 μm.Το ύψος των 25 µm είναι σταθερό για όλες τις στήλες.Το \({\theta}_{c}\) μειώνεται με την αύξηση του μεγέθους της στήλης (Πίνακας 1), πράγμα που σημαίνει ότι η απορρόφηση είναι λιγότερο πιθανή σε υποστρώματα με μεγαλύτερες στήλες.Για όλα τα μεγέθη που ελέγχθηκαν, το \({\theta}_{c}\) είναι μεγαλύτερο από το \({\theta}_{0}\) και αναμένεται wicking.Ωστόσο, η απορρόφηση παρατηρείται σπάνια για επιφάνειες με μετα-μοτίβο με l και D 200 μm (Εικ. 2e).
μια χρονοεξαρτώμενη γωνία επαφής του EGaIn σε μια επιφάνεια Cu/PDMS με στήλες διαφορετικών μεγεθών μετά από έκθεση σε ατμό HCl.b–e Κάτω και πλάγια όψη του EGaIn wetting.b D = l = 25 μm, r = 1,78.σε D = l = 50 μm, r = 1,39.dD = l = 100 μm, r = 1,20.eD = l = 200 μm, r = 1,10.Όλοι οι στύλοι έχουν ύψος 25 µm.Αυτές οι εικόνες λήφθηκαν τουλάχιστον 15 λεπτά μετά την έκθεση σε ατμό HCl.Τα σταγονίδια στο EGaIn είναι νερό που προκύπτει από την αντίδραση μεταξύ οξειδίου του γαλλίου και ατμού HCl.Όλες οι ράβδοι κλίμακας στο (b – e) είναι 2 mm.
Ένα άλλο κριτήριο για τον προσδιορισμό της πιθανότητας απορρόφησης υγρού είναι η στερέωση του υγρού στην επιφάνεια μετά την εφαρμογή του σχεδίου.Οι Kurbin et al.Έχει αναφερθεί ότι όταν (1) οι στύλοι είναι αρκετά ψηλοί, τα σταγονίδια θα απορροφηθούν από την επιφάνεια με σχέδια.(2) η απόσταση μεταξύ των στηλών είναι μάλλον μικρή.και (3) η γωνία επαφής του υγρού στην επιφάνεια είναι αρκετά μικρή42.Αριθμητικά \({\theta}_{0}\) του ρευστού σε ένα επίπεδο που περιέχει το ίδιο υλικό υποστρώματος πρέπει να είναι μικρότερη από την κρίσιμη γωνία επαφής για το κάρφωμα, \({\theta}_{c,{pin)) } \ ), για απορρόφηση χωρίς καρφίτσωμα μεταξύ των αναρτήσεων, όπου \({\theta}_{c,{pin}}={{{{\rm{arctan}}}}}}(H/\big \{ ( \ sqrt {2}-1)l\big\})\) (δείτε επιπλέον συζήτηση για λεπτομέρειες).Η τιμή του \({\theta}_{c,{pin}}\) εξαρτάται από το μέγεθος pin (Πίνακας 1).Προσδιορίστε την αδιάστατη παράμετρο L = l/H για να κρίνετε εάν συμβαίνει η απορρόφηση.Για απορρόφηση, το L πρέπει να είναι μικρότερο από το τυπικό όριο, \({L}_{c}\) = 1/\(\big\{\big(\sqrt{2}-1\big){{\tan} } { \ theta}_{{0}}\large\}\).Για EGaIn \(({\theta}_{0}={25}^{\circ})\) σε ένα χάλκινο υπόστρωμα \({L}_{c}\) είναι 5,2.Δεδομένου ότι η στήλη L των 200 μm είναι 8, η οποία είναι μεγαλύτερη από την τιμή του \({L}_{c}\), δεν λαμβάνει χώρα απορρόφηση EGaIn.Για να ελέγξουμε περαιτέρω την επίδραση της γεωμετρίας, παρατηρήσαμε την αυτόματη εκκίνηση διαφόρων H και l (Συμπληρωματικό Σχήμα 5 και Συμπληρωματικός Πίνακας 1).Τα αποτελέσματα συμφωνούν καλά με τους υπολογισμούς μας.Έτσι, το L αποδεικνύεται αποτελεσματικός προγνωστικός παράγοντας απορρόφησης.Το υγρό μέταλλο σταματά να απορροφά λόγω καρφώματος όταν η απόσταση μεταξύ των στύλων είναι σχετικά μεγάλη σε σύγκριση με το ύψος των στύλων.
Η διαβρεξιμότητα μπορεί να προσδιοριστεί με βάση τη σύνθεση της επιφάνειας του υποστρώματος.Ερευνήσαμε την επίδραση της σύνθεσης της επιφάνειας στη διαβροχή και την απορρόφηση του EGaIn με συναπόθεση Si και Cu σε πυλώνες και επίπεδα (Συμπληρωματικό Σχ. 6).Η γωνία επαφής EGaIn μειώνεται από ~160° σε ~80° καθώς η δυαδική επιφάνεια Si/Cu αυξάνεται από 0 σε 75% σε επίπεδο περιεκτικότητας σε χαλκό.Για επιφάνεια 75% Cu/25% Si, το \({\theta}_{0}\) είναι ~80°, που αντιστοιχεί σε \({L}_{c}\) ίσο με 0,43 σύμφωνα με τον παραπάνω ορισμό .Επειδή οι στήλες l = H = 25 μm με L ίσο με 1 μεγαλύτερο από το όριο \({L}_{c}\), η επιφάνεια 75% Cu/25% Si μετά το σχέδιο δεν απορροφάται λόγω ακινητοποίησης.Δεδομένου ότι η γωνία επαφής του EGaIn αυξάνεται με την προσθήκη Si, απαιτείται υψηλότερο H ή χαμηλότερο l για να ξεπεραστεί το κάρφωμα και ο εμποτισμός.Επομένως, δεδομένου ότι η γωνία επαφής (δηλαδή \({\theta}_{0}\)) εξαρτάται από τη χημική σύνθεση της επιφάνειας, μπορεί επίσης να καθορίσει εάν η απορρόφηση συμβαίνει στη μικροδομή.
EGaIn απορρόφηση σε χαλκό με σχέδια/PDMS μπορεί να διαβρέξει το υγρό μέταλλο σε χρήσιμα σχέδια.Προκειμένου να αξιολογηθεί ο ελάχιστος αριθμός γραμμών στηλών που προκαλούν απορρόφηση, οι ιδιότητες διαβροχής του EGaIn παρατηρήθηκαν σε Cu/PDMS με γραμμές μετά το σχέδιο που περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς γραμμών στηλών από 1 έως 101 (Εικ. 3).Η διαβροχή εμφανίζεται κυρίως στην περιοχή μετά το σχέδιο.Το EGaIn wicking παρατηρήθηκε αξιόπιστα και το μήκος του wicking αυξήθηκε με τον αριθμό των σειρών των στηλών.Απορρόφηση σχεδόν ποτέ δεν συμβαίνει όταν υπάρχουν αναρτήσεις με δύο ή λιγότερες γραμμές.Αυτό μπορεί να οφείλεται σε αυξημένη τριχοειδική πίεση.Για να πραγματοποιηθεί η απορρόφηση σε σχήμα στήλης, πρέπει να ξεπεραστεί η τριχοειδική πίεση που προκαλείται από την καμπυλότητα της κεφαλής EGaIn (Συμπληρωματικό Σχ. 7).Υποθέτοντας μια ακτίνα καμπυλότητας 12,5 μm για μια κεφαλή EGaIn μονής σειράς με κολονοειδές σχέδιο, η τριχοειδική πίεση είναι ~0,98 atm (~740 Torr).Αυτή η υψηλή πίεση Laplace μπορεί να αποτρέψει τη διαβροχή που προκαλείται από την απορρόφηση του EGaIn.Επίσης, λιγότερες σειρές στηλών μπορούν να μειώσουν τη δύναμη απορρόφησης που οφείλεται στην τριχοειδή δράση μεταξύ του EGaIn και των στηλών.
a Σταγόνες EGaIn σε δομημένο Cu/PDMS με μοτίβα διαφορετικού πλάτους (w) στον αέρα (πριν από την έκθεση σε ατμούς HCl).Σειρές ραφιών που ξεκινούν από την κορυφή: 101 (β = 5025 μm), 51 (β = 2525 μm), 21 (β = 1025 μm) και 11 (β = 525 μm).β Κατευθυντική διαβροχή του EGaIn στο (α) μετά από έκθεση σε ατμό HCl για 10 λεπτά.γ, δ Διαβροχή του EGaIn σε Cu/PDMS με στηλώδεις δομές (γ) δύο σειρές (w = 75 μm) και (δ) μία σειρά (w = 25 μm).Αυτές οι εικόνες λήφθηκαν 10 λεπτά μετά την έκθεση σε ατμό HCl.Οι ράβδοι κλίμακας στα (a, b) και (c, d) είναι 5 mm και 200 ​​μm, αντίστοιχα.Τα βέλη στο (γ) δείχνουν την καμπυλότητα της κεφαλής EGaIn λόγω απορρόφησης.
Η απορρόφηση του EGaIn σε Cu/PDMS με μετασχηματισμό επιτρέπει στο EGaIn να σχηματιστεί με επιλεκτική διαβροχή (Εικ. 4).Όταν μια σταγόνα EGaIn τοποθετείται σε μια περιοχή με σχέδια και εκτίθεται σε ατμό HCl, η σταγόνα EGaIn καταρρέει πρώτη, σχηματίζοντας μια μικρή γωνία επαφής καθώς το οξύ αφαιρεί τα άλατα.Στη συνέχεια, η απορρόφηση ξεκινά από την άκρη της σταγόνας.Η δημιουργία σχεδίων μεγάλης περιοχής μπορεί να επιτευχθεί από το EGaIn κλίμακας εκατοστών (Εικ. 4a, c).Δεδομένου ότι η απορρόφηση λαμβάνει χώρα μόνο στην τοπογραφική επιφάνεια, το EGaIn διαβρέχει μόνο την περιοχή του σχεδίου και σχεδόν σταματά να διαβρέχει όταν φτάσει σε μια επίπεδη επιφάνεια.Κατά συνέπεια, παρατηρούνται αιχμηρά όρια των μοτίβων EGaIn (Εικ. 4δ, ε).Στο σχ.Το 4b δείχνει πώς το EGaIn εισβάλλει στην αδόμητη περιοχή, ειδικά γύρω από το μέρος όπου τοποθετήθηκε αρχικά το σταγονίδιο EGaIn.Αυτό συνέβη επειδή η μικρότερη διάμετρος των σταγονιδίων EGaIn που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη υπερέβαινε το πλάτος των γραμμάτων με μοτίβο.Σταγόνες EGaIn τοποθετήθηκαν στο σημείο του σχεδίου με χειροκίνητη ένεση μέσω βελόνας και σύριγγας 27-G, με αποτέλεσμα σταγόνες με ελάχιστο μέγεθος 1 mm.Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας μικρότερα σταγονίδια EGaIn.Συνολικά, το Σχήμα 4 δείχνει ότι η αυθόρμητη διαβροχή του EGaIn μπορεί να προκληθεί και να κατευθυνθεί σε μικροδομημένες επιφάνειες.Σε σύγκριση με προηγούμενες εργασίες, αυτή η διαδικασία διαβροχής είναι σχετικά γρήγορη και δεν απαιτείται εξωτερική δύναμη για να επιτευχθεί πλήρης διαβροχή (Συμπληρωματικός Πίνακας 2).
έμβλημα του πανεπιστημίου, το γράμμα b, c σε μορφή κεραυνού.Η περιοχή απορρόφησης καλύπτεται με μια σειρά στηλών με D = l = 25 μm.δ, μεγεθυμένες εικόνες νευρώσεων στο e (c).Οι ράβδοι κλίμακας στα (a–c) και (d, e) είναι 5 mm και 500 μm, αντίστοιχα.Στο (c–e), μικρά σταγονίδια στην επιφάνεια μετά την προσρόφηση μετατρέπονται σε νερό ως αποτέλεσμα της αντίδρασης μεταξύ οξειδίου του γαλλίου και ατμού HCl.Δεν παρατηρήθηκε σημαντική επίδραση του σχηματισμού νερού στη διαβροχή.Το νερό απομακρύνεται εύκολα μέσω μιας απλής διαδικασίας ξήρανσης.
Λόγω της υγρής φύσης του EGaIn, το Cu/PDMS με επικάλυψη EGaIn (EGaIn/Cu/PDMS) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εύκαμπτα και ελαστικά ηλεκτρόδια.Το σχήμα 5α συγκρίνει τις αλλαγές αντίστασης του αρχικού Cu/PDMS και EGaIn/Cu/PDMS κάτω από διαφορετικά φορτία.Η αντίσταση του Cu/PDMS αυξάνεται απότομα στην τάση, ενώ η αντίσταση του EGaIn/Cu/PDMS παραμένει χαμηλή σε τάση.Στο σχ.Τα σχήματα 5β και δ δείχνουν εικόνες SEM και αντίστοιχα δεδομένα EMF ακατέργαστου Cu/PDMS και EGaIn/Cu/PDMS πριν και μετά την εφαρμογή τάσης.Για άθικτο Cu/PDMS, η παραμόρφωση μπορεί να προκαλέσει ρωγμές στη σκληρή μεμβράνη Cu που εναποτίθεται στο PDMS λόγω αναντιστοιχίας ελαστικότητας.Αντίθετα, για το EGaIn/Cu/PDMS, το EGaIn εξακολουθεί να επικαλύπτει καλά το υπόστρωμα Cu/PDMS και διατηρεί την ηλεκτρική συνέχεια χωρίς ρωγμές ή σημαντική παραμόρφωση ακόμη και μετά την εφαρμογή καταπόνησης.Τα δεδομένα EDS επιβεβαίωσαν ότι το γάλλιο και το ίνδιο από το EGaIn κατανεμήθηκαν ομοιόμορφα στο υπόστρωμα Cu/PDMS.Αξιοσημείωτο είναι ότι το πάχος της μεμβράνης EGaIn είναι το ίδιο και συγκρίσιμο με το ύψος των πυλώνων. Αυτό επιβεβαιώνεται επίσης από περαιτέρω τοπογραφική ανάλυση, όπου η σχετική διαφορά μεταξύ του πάχους του φιλμ EGaIn και του ύψους του στύλου είναι <10% (Συμπληρωματικό Σχ. 8 και Πίνακας 3). Αυτό επιβεβαιώνεται επίσης από περαιτέρω τοπογραφική ανάλυση, όπου η σχετική διαφορά μεταξύ του πάχους του φιλμ EGaIn και του ύψους του στύλου είναι <10% (Συμπληρωματικό Σχ. 8 και Πίνακας 3). Это также подтверждается дальнейшим топографическим ανάλυση, каде относительная разница между толщиной пленки EGaIn και высотой столба е <10% (дополнительный рис. 8 και τάβ). Αυτό επιβεβαιώνεται επίσης από περαιτέρω τοπογραφική ανάλυση, όπου η σχετική διαφορά μεταξύ του πάχους του φιλμ EGaIn και του ύψους της στήλης είναι <10% (Συμπληρωματικό Σχήμα 8 και Πίνακας 3).进一步的形貌分析也证实了这一点，其中EGaIn 8 έως 3). <10% Это также было подтверждено дальнейшим топографическим ανάλυση, όπου относительная разница между толщиной пленки EGaIn και высотой στύλα αποτελείται από <10% (ολοκληρωτικό ρις. 83 και ). Αυτό επιβεβαιώθηκε επίσης από περαιτέρω τοπογραφική ανάλυση, όπου η σχετική διαφορά μεταξύ του πάχους του φιλμ EGaIn και του ύψους της στήλης ήταν <10% (Συμπληρωματικό Σχήμα 8 και Πίνακας 3).Αυτή η διαβροχή με βάση την απορρόφηση επιτρέπει στο πάχος των επικαλύψεων EGaIn να ελέγχεται καλά και να διατηρείται σταθερό σε μεγάλες επιφάνειες, κάτι που κατά τα άλλα είναι δύσκολο λόγω της υγρής φύσης του.Τα σχήματα 5c και e συγκρίνουν την αγωγιμότητα και την αντίσταση στην παραμόρφωση του αρχικού Cu/PDMS και EGaIn/Cu/PDMS.Στην επίδειξη, η λυχνία LED άναβε όταν συνδεόταν σε ανέγγιχτα ηλεκτρόδια Cu/PDMS ή EGaIn/Cu/PDMS.Όταν το άθικτο Cu/PDMS είναι τεντωμένο, το LED σβήνει.Ωστόσο, τα ηλεκτρόδια EGaIn/Cu/PDMS παρέμειναν ηλεκτρικά συνδεδεμένα ακόμη και υπό φορτίο και η λυχνία LED μειώθηκε ελαφρά μόνο λόγω της αυξημένης αντίστασης του ηλεκτροδίου.
a Η κανονικοποιημένη αντίσταση αλλάζει με την αύξηση του φορτίου σε Cu/PDMS και EGaIn/Cu/PDMS.b, d Εικόνες SEM και ανάλυση φασματοσκοπίας ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (EDS) πριν από (επάνω) και μετά (κάτω) πολυδιπλέγματα φορτωμένα σε (β) Cu/PDMS και (δ) EGaIn/Cu/μεθυλσιλοξάνη.c, e LED συνδεδεμένα σε (γ) Cu/PDMS και (ε) EGaIn/Cu/PDMS πριν από (πάνω) και μετά (κάτω) τέντωμα (~30% πίεση).Η γραμμή κλίμακας στα (b) και (d) είναι 50 μm.
Στο σχ.Το 6a δείχνει την αντίσταση του EGaIn/Cu/PDMS ως συνάρτηση της παραμόρφωσης από 0% έως 70%.Η αύξηση και η ανάκτηση της αντίστασης είναι ανάλογη με την παραμόρφωση, η οποία συμφωνεί καλά με το νόμο του Pouillet για τα ασυμπίεστα υλικά (R/R0 = (1 + ε)2), όπου R είναι αντίσταση, R0 είναι αρχική αντίσταση, ε είναι παραμόρφωση 43. Άλλες μελέτες έχουν δείξει ότι όταν τεντώνονται, τα στερεά σωματίδια σε ένα υγρό μέσο μπορούν να αναδιατάσσονται και να κατανέμονται πιο ομοιόμορφα με καλύτερη συνοχή, μειώνοντας έτσι την αύξηση της αντίστασης 43, 44 . Σε αυτή την εργασία, ωστόσο, ο αγωγός είναι >99% υγρό μέταλλο κατ' όγκο αφού οι μεμβράνες Cu έχουν πάχος μόνο 100 nm. Σε αυτή την εργασία, ωστόσο, ο αγωγός είναι >99% υγρό μέταλλο κατ' όγκο αφού οι μεμβράνες Cu έχουν πάχος μόνο 100 nm. Однако в этой работе проводник αποτελείταιт од >99% жидкого металла по объему, так как пленки Cu имеют толщину всего 100 nm. Ωστόσο, σε αυτή την εργασία, ο αγωγός αποτελείται από >99% υγρό μέταλλο κατ' όγκο, αφού οι μεμβράνες Cu έχουν πάχος μόνο 100 nm.然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99% 的液态 nm然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99%Ωστόσο, σε αυτή την εργασία, δεδομένου ότι η μεμβράνη Cu έχει πάχος μόνο 100 nm, ο αγωγός αποτελείται από περισσότερο από 99% υγρό μέταλλο (κατ' όγκο).Επομένως, δεν αναμένουμε ότι το Cu θα έχει σημαντική συμβολή στις ηλεκτρομηχανικές ιδιότητες των αγωγών.
μια κανονικοποιημένη αλλαγή στην αντίσταση EGaIn/Cu/PDMS έναντι της παραμόρφωσης στην περιοχή 0–70%.Η μέγιστη τάση που επιτεύχθηκε πριν από την αποτυχία του PDMS ήταν 70% (Συμπληρωματικό Σχήμα 9).Οι κόκκινες κουκκίδες είναι θεωρητικές τιμές που προβλέπονται από το νόμο του Puet.b Δοκιμή σταθερότητας αγωγιμότητας EGaIn/Cu/PDMS κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων κύκλων τάνυσης-διάτασης.Στην κυκλική δοκιμή χρησιμοποιήθηκε ένα στέλεχος 30%.Η μπάρα κλίμακας στο ένθετο είναι 0,5 cm.L είναι το αρχικό μήκος του EGaIn/Cu/PDMS πριν από το τέντωμα.
Ο συντελεστής μέτρησης (GF) εκφράζει την ευαισθησία του αισθητήρα και ορίζεται ως ο λόγος της αλλαγής της αντίστασης προς την αλλαγή της τάσης45.Το GF αυξήθηκε από 1,7 σε παραμόρφωση 10% σε 2,6 σε παραμόρφωση 70% λόγω της γεωμετρικής αλλαγής του μετάλλου.Σε σύγκριση με άλλους μετρητές καταπόνησης, η τιμή GF EGaIn/Cu/PDMS είναι μέτρια.Ως αισθητήρας, αν και το GF του μπορεί να μην είναι ιδιαίτερα υψηλό, το EGaIn/Cu/PDMS παρουσιάζει ισχυρή αλλαγή αντίστασης ως απόκριση σε χαμηλό φορτίο αναλογίας σήματος προς θόρυβο.Για να αξιολογηθεί η σταθερότητα της αγωγιμότητας του EGaIn/Cu/PDMS, η ηλεκτρική αντίσταση παρακολουθήθηκε κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων κύκλων τάνυσης με τάση 30%.Όπως φαίνεται στο σχ.6β, μετά από 4000 κύκλους τεντώματος, η τιμή αντίστασης παρέμεινε εντός 10%, γεγονός που μπορεί να οφείλεται στον συνεχή σχηματισμό αλάτων κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων κύκλων διάτασης46.Έτσι, επιβεβαιώθηκε η μακροπρόθεσμη ηλεκτρική σταθερότητα του EGaIn/Cu/PDMS ως εκτατού ηλεκτροδίου και η αξιοπιστία του σήματος ως μετρητή τάσης.
Σε αυτό το άρθρο, συζητάμε τις βελτιωμένες ιδιότητες διαβροχής του GaLM σε μικροδομημένες μεταλλικές επιφάνειες που προκαλούνται από διείσδυση.Η αυθόρμητη πλήρης διαβροχή του EGaIn επιτεύχθηκε σε στηλώδεις και πυραμιδικές μεταλλικές επιφάνειες παρουσία ατμού HCl.Αυτό μπορεί να εξηγηθεί αριθμητικά με βάση το μοντέλο Wenzel και τη διαδικασία αποστράγγισης, η οποία δείχνει το μέγεθος της μετα-μικροδομής που απαιτείται για τη διαβροχή που προκαλείται από το φυτίλι.Η αυθόρμητη και επιλεκτική διαβροχή του EGaIn, καθοδηγούμενη από μια μικροδομημένη μεταλλική επιφάνεια, καθιστά δυνατή την εφαρμογή ομοιόμορφων επικαλύψεων σε μεγάλες επιφάνειες και το σχηματισμό υγρών μεταλλικών μοτίβων.Τα υποστρώματα Cu/PDMS με επικάλυψη EGa διατηρούν τις ηλεκτρικές συνδέσεις ακόμη και όταν τεντώνονται και μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους τάνυσης, όπως επιβεβαιώνεται από τις μετρήσεις SEM, EDS και ηλεκτρικής αντίστασης.Επιπλέον, η ηλεκτρική αντίσταση του Cu/PDMS επικαλυμμένου με EGaIn αλλάζει αναστρέψιμα και αξιόπιστα ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση, υποδεικνύοντας την πιθανή εφαρμογή του ως αισθητήρα καταπόνησης.Τα πιθανά πλεονεκτήματα που παρέχονται από την αρχή διαβροχής υγρού μετάλλου που προκαλείται από τη βρώση είναι τα εξής: (1) Η επίστρωση και η διαμόρφωση GaLM μπορούν να επιτευχθούν χωρίς εξωτερική δύναμη.(2) Η διαβροχή του GaLM στην επιφάνεια της μικροδομής με επίστρωση χαλκού είναι θερμοδυναμική.η προκύπτουσα μεμβράνη GaLM είναι σταθερή ακόμη και υπό παραμόρφωση.(3) η αλλαγή του ύψους της επικαλυμμένης με χαλκό στήλης μπορεί να σχηματίσει ένα φιλμ GaLM με ελεγχόμενο πάχος.Επιπλέον, αυτή η προσέγγιση μειώνει την ποσότητα του GaLM που απαιτείται για το σχηματισμό του φιλμ, καθώς οι κολώνες καταλαμβάνουν μέρος του φιλμ.Για παράδειγμα, όταν εισάγεται μια σειρά πυλώνων με διάμετρο 200 μm (με απόσταση μεταξύ των στύλων 25 μm), ο όγκος του GaLM που απαιτείται για το σχηματισμό φιλμ (~9 μm3/μm2) είναι συγκρίσιμος με τον όγκο του φιλμ χωρίς πυλώνες.(25 μm3/μm2).Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η θεωρητική αντίσταση, που υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο του Puet, αυξάνεται επίσης εννέα φορές.Συνολικά, οι μοναδικές ιδιότητες διαβροχής των υγρών μετάλλων που συζητούνται σε αυτό το άρθρο προσφέρουν έναν αποτελεσματικό τρόπο εναπόθεσης υγρών μετάλλων σε μια ποικιλία υποστρωμάτων για ελαστικά ηλεκτρονικά και άλλες αναδυόμενες εφαρμογές.
Τα υποστρώματα PDMS παρασκευάστηκαν με ανάμειξη μήτρας Sylgard 184 (Dow Corning, ΗΠΑ) και σκληρυντή σε αναλογίες 10:1 και 15:1 για δοκιμές εφελκυσμού, που ακολουθήθηκε από σκλήρυνση σε φούρνο στους 60°C.Χαλκός ή πυρίτιο εναποτέθηκε σε γκοφρέτες πυριτίου (Silicon Wafer, Namkang High Technology Co., Ltd., Δημοκρατία της Κορέας) και υποστρώματα PDMS με συγκολλητικό στρώμα τιτανίου πάχους 10 nm χρησιμοποιώντας ένα προσαρμοσμένο σύστημα ψεκασμού.Οι κολόνες και οι πυραμιδικές δομές εναποτίθενται σε ένα υπόστρωμα PDMS χρησιμοποιώντας μια φωτολιθογραφική διεργασία πλακιδίων πυριτίου.Το πλάτος και το ύψος του πυραμιδικού σχεδίου είναι 25 και 18 μm, αντίστοιχα.Το ύψος του σχεδίου ράβδου καθορίστηκε στα 25 μm, 10 μm και 1 μm, και η διάμετρος και το βήμα του κυμαίνονταν από 25 έως 200 μm.
Η γωνία επαφής του EGaIn (γάλλιο 75,5%/ίνδιο 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Δημοκρατία της Κορέας) μετρήθηκε χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή σχήματος σταγόνας (DSA100S, KRUSS, Γερμανία). Η γωνία επαφής του EGaIn (γάλλιο 75,5%/ίνδιο 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Δημοκρατία της Κορέας) μετρήθηκε χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή σχήματος σταγόνας (DSA100S, KRUSS, Γερμανία). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5 %/индий 24,5 %, >99,99 %, Sigma Aldrich, Δημοκρατία της Κορέας) χρησιμοποιείται με помощью каплевидного αναλύτρια (DSA100S, KRUSS, Γερμανία). Η γωνία ακμής του EGaIn (γάλλιο 75,5%/ίνδιο 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Δημοκρατία της Κορέας) μετρήθηκε χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή σταγονιδίων (DSA100S, KRUSS, Γερμανία). EGaIn（镓75,5%/铟24,5%，>99,99%，Sigma Aldrich，大韩民国）的接触角使用滴形分析仪 RU0测量. Το EGaIn (γάλλιο 75,5%/ίνδιο 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, 大韩民国) μετρήθηκε χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή επαφής (DSA100S, KRUSS, Γερμανία). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5%/индий 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Δημοκρατία της Κορέας) χρησιμοποιείται με τη βοήθεια ανάλυσης μορφών καπλι (DSA100S, KRUSS, Γερμανία). Η γωνία ακμής του EGaIn (γάλλιο 75,5%/ίνδιο 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Δημοκρατία της Κορέας) μετρήθηκε χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή καλύμματος σχήματος (DSA100S, KRUSS, Γερμανία).Τοποθετήστε το υπόστρωμα σε γυάλινο θάλαμο 5 cm × 5 cm × 5 cm και τοποθετήστε μια σταγόνα EGaIn 4–5 μl στο υπόστρωμα χρησιμοποιώντας μια σύριγγα διαμέτρου 0,5 mm.Για να δημιουργηθεί ένα μέσο ατμού HCl, 20 μL διαλύματος HCl (37 wt.%, Samchun Chemicals, Δημοκρατία της Κορέας) τοποθετήθηκαν δίπλα στο υπόστρωμα, το οποίο εξατμίστηκε αρκετά ώστε να γεμίσει το θάλαμο μέσα σε 10 δευτερόλεπτα.
Η επιφάνεια απεικονίστηκε χρησιμοποιώντας SEM (Tescan Vega 3, Tescan Κορέα, Δημοκρατία της Κορέας).Το EDS (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea) χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της στοιχειώδους ποιοτικής ανάλυσης και διανομής.Η τοπογραφία επιφάνειας EGaIn/Cu/PDMS αναλύθηκε χρησιμοποιώντας ένα οπτικό προφιλόμετρο (The Profilm3D, Filmetrics, USA).
Για τη διερεύνηση της αλλαγής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κατά τη διάρκεια των κύκλων τάνυσης, τα δείγματα με και χωρίς EGaIn στερεώθηκαν στον εξοπλισμό τεντώματος (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Δημοκρατία της Κορέας) και συνδέθηκαν ηλεκτρικά σε έναν μετρητή πηγής Keithley 2400. Για τη διερεύνηση της αλλαγής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κατά τη διάρκεια των κύκλων τάνυσης, τα δείγματα με και χωρίς EGaIn στερεώθηκαν στον εξοπλισμό τεντώματος (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Δημοκρατία της Κορέας) και συνδέθηκαν ηλεκτρικά σε έναν μετρητή πηγής Keithley 2400. Для исследования изменения электропроводности во время циклов растяжения образцы со EGaIn και χωρίς αυτόν κρυφά στον εξοπλισμό για την ανάπτυξή του (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Respublica Ιστορική Κορέα) και электроника 2008. Για τη μελέτη της αλλαγής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κατά τη διάρκεια των κύκλων τάνυσης, δείγματα με και χωρίς EGaIn τοποθετήθηκαν σε εξοπλισμό τεντώματος (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Δημοκρατία της Κορέας) και συνδέθηκαν ηλεκτρικά με έναν μετρητή πηγής Keithley 2400.Για τη μελέτη της αλλαγής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κατά τη διάρκεια των κύκλων τάνυσης, δείγματα με και χωρίς EGaIn τοποθετήθηκαν σε μια συσκευή τεντώματος (Bending and Stretching Machine Systems, SnM, Δημοκρατία της Κορέας) και συνδέθηκαν ηλεκτρικά με ένα Keithley 2400 SourceMeter.Μετρά την αλλαγή στην αντίσταση στην περιοχή από 0% έως 70% της παραμόρφωσης του δείγματος.Για τη δοκιμή σταθερότητας, η αλλαγή στην αντίσταση μετρήθηκε σε 4000 κύκλους παραμόρφωσης 30%.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το σχεδιασμό της μελέτης, ανατρέξτε στην περίληψη της μελέτης Nature που συνδέεται με αυτό το άρθρο.
Τα δεδομένα που υποστηρίζουν τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης παρουσιάζονται στα αρχεία Συμπληρωματικών Πληροφοριών και Πρώτων Δεδομένων.Αυτό το άρθρο παρέχει τα αρχικά δεδομένα.
Daeneke, Τ. et αϊ.Υγρά Μέταλλα: Χημική Βάση και Εφαρμογές.Χημική ουσία.κοινωνία.47, 4073–4111 (2018).
Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD Χαρακτηριστικά, κατασκευή και εφαρμογές σωματιδίων υγρού μετάλλου με βάση το γάλλιο. Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD Χαρακτηριστικά, κατασκευή και εφαρμογές σωματιδίων υγρού μετάλλου με βάση το γάλλιο.Lin, Y., Genzer, J. and Dickey, MD Properties, κατασκευή και εφαρμογή σωματιδίων υγρού μετάλλου με βάση το γάλλιο. Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD 镓基液态金属颗粒的属性、制造和应用。 Lin, Υ., Genzer, J. & Dickey, MDLin, Y., Genzer, J. and Dickey, MD Properties, κατασκευή και εφαρμογή σωματιδίων υγρού μετάλλου με βάση το γάλλιο.Προηγμένη επιστήμη.7, 2000–192 (2020).
Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Προς όλα τα κυκλώματα μαλακής ύλης: πρωτότυπα οιονεί υγρών συσκευών με χαρακτηριστικά μεμρίστορ. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Towards all-soft material κυκλώματα: πρωτότυπα οιονεί υγρών συσκευών με χαρακτηριστικά memristor.Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD και Velev, OD Σε κυκλώματα που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από μαλακή ύλη: Πρωτότυπα οιονεί υγρών συσκευών με χαρακτηριστικά μεμρίστορ. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD 走向全软物质电路：具有忆阻器特性的准液体设备原型。 Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, ODKoo, HJ, So, JH, Dickey, MD και Velev, OD Towards Circuits All Soft Matter: Prototypes of Quasi-Fluid Devices with Memristor Properties.Προχωρημένο Alma Mater.23, 3559–3564 (2011).
Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Διακόπτες υγρού μετάλλου για ηλεκτρονικά που ανταποκρίνονται στο περιβάλλον. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Διακόπτες υγρού μετάλλου για ηλεκτρονικά που ανταποκρίνονται στο περιβάλλον.Bilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Διακόπτες υγρού μετάλλου για φιλικά προς το περιβάλλον ηλεκτρονικά. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK 用于环境响应电子产品的液态金属开关。 Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RKBilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Διακόπτες υγρού μετάλλου για φιλικά προς το περιβάλλον ηλεκτρονικά.Προχωρημένο Alma Mater.Interface 4, 1600913 (2017).
Έτσι, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ανόρθωση ιοντικού ρεύματος σε διόδους μαλακής ύλης με ηλεκτρόδια υγρού μετάλλου. Έτσι, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Διόρθωση ιοντικού ρεύματος σε διόδους μαλακής ύλης με ηλεκτρόδια υγρού μετάλλου. Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Έτσι, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ανόρθωση ιοντικού ρεύματος σε διόδους μαλακού υλικού με ηλεκτρόδια υγρού μετάλλου. Έτσι, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD 带液态金属电极的软物质二极管中的离子电流整流。 Έτσι, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Έτσι, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ανόρθωση ιοντικού ρεύματος σε διόδους μαλακού υλικού με ηλεκτρόδια υγρού μετάλλου.Εκτεταμένες δυνατότητες.alma mater.22, 625–631 (2012).
Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication για όλες τις μαλακές και υψηλής πυκνότητας ηλεκτρονικές συσκευές που βασίζονται σε υγρό μέταλλο. Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication για όλες τις μαλακές και υψηλής πυκνότητας ηλεκτρονικές συσκευές που βασίζονται σε υγρό μέταλλο.Kim, M.-G., Brown, DK and Brand, O. Nanofabrication για ηλεκτρονικές συσκευές με βάση όλα τα μαλακά και υψηλής πυκνότητας υγρά μέταλλα.Kim, M.-G., Brown, DK, and Brand, O. Νανοκατασκευή ηλεκτρονικών ειδών υψηλής πυκνότητας, πλήρως μαλακών βασισμένων σε υγρό μέταλλο.Εθνική κοινότητα.11, 1–11 (2020).
Guo, R. et αϊ.Το Cu-EGaIn είναι ένα επεκτάσιμο κέλυφος ηλεκτρονίων για διαδραστικά ηλεκτρονικά και εντοπισμό CT.alma mater.Επίπεδο.7. 1845–1853 (2020).
Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag–In–Ga E-skin for bioelectronics and human–machine interaction. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag–In–Ga E-skin for bioelectronics and human–machine interaction.Lopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K., and Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Stretchable Electronic Skin for Bioelectronics and Human-Machine Interaction. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag-In-Ga E-skin for bioelectronics and human-chine interaction. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag-In-Ga E-skin for bioelectronics and human-chine interaction.Lopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K., and Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Stretchable Electronic Skin for Bioelectronics and Human-Machine Interaction.ACS
Yang, Υ. et αϊ.Εξαιρετικά εφελκυστικές και κατασκευασμένες τριβοηλεκτρικές νανογεννήτριες βασισμένες σε υγρά μέταλλα για φορητά ηλεκτρονικά.SAU Nano 12, 2027–2034 (2018).
Gao, Κ. et αϊ.Ανάπτυξη δομών μικροκαναλιών για αισθητήρες υπερέντασης με βάση υγρά μέταλλα σε θερμοκρασία δωματίου.η επιστήμη.Έκθεση 9, 1–8 (2019).
Chen, G. et αϊ.Οι υπερελαστικές σύνθετες ίνες EGaIn αντέχουν 500% σε εφελκυσμό και έχουν εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα για φορητά ηλεκτρονικά.Το ACS αναφέρεται στο alma mater.Interface 12, 6112–6118 (2020).
Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. Απευθείας καλωδίωση ευτηκτικού γαλλίου-ινδίου σε μεταλλικό ηλεκτρόδιο για συστήματα μαλακών αισθητήρων. Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. Απευθείας καλωδίωση ευτηκτικού γαλλίου-ινδίου σε μεταλλικό ηλεκτρόδιο για συστήματα μαλακών αισθητήρων.Kim, S., Oh, J., Jeon, D. and Bae, J. Άμεση σύνδεση ευτηκτικού γαλλίου-ινδίου σε μεταλλικά ηλεκτρόδια για συστήματα μαλακής ανίχνευσης. Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. 将共晶镓-铟直接连接到软传感器系统的金属电极。 Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. 就共晶 μεταλλικό ηλεκτρόδιο γαλλίου-ινδίου απευθείας συνδεδεμένο με το μαλακό σύστημα αισθητήρων.Kim, S., Oh, J., Jeon, D. and Bae, J. Άμεση σύνδεση ευτηκτικού γαλλίου-ινδίου σε μεταλλικά ηλεκτρόδια για συστήματα μαλακών αισθητήρων.Το ACS αναφέρεται στο alma mater.Διεπαφές 11, 20557–20565 (2019).
Yun, G. et αϊ.Μαγνητορεολογικά ελαστομερή γεμάτα με υγρό μέταλλο με θετικό πιεζοηλεκτρισμό.Εθνική κοινότητα.10, 1–9 (2019).
Kim, KK Πολύ ευαίσθητα και ελαστικά πολυδιάστατα μετρητές καταπόνησης με πλέγματα διήθησης προεντεταμένων ανισότροπων μεταλλικών νανοσυρμάτων.Nanolet.15, 5240–5247 (2015).
Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. Καθολικά αυτόνομο αυτο-θεραπευόμενο ελαστομερές με υψηλή ελαστικότητα. Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. Καθολικά αυτόνομο αυτο-θεραπευόμενο ελαστομερές με υψηλή ελαστικότητα.Guo, H., Han, Yu., Zhao, W., Yang, J., and Zhang, L. Ευέλικτο αυτο-θεραπευόμενο ελαστομερές με υψηλή ελαστικότητα. Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. 具有高拉伸性的通用自主自愈弹性体。 Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L.Guo H., Han Yu, Zhao W., Yang J. και Zhang L. Ευέλικτα αυτο-θεραπευόμενα ελαστομερή υψηλής εφελκυσμού εκτός σύνδεσης.Εθνική κοινότητα.11, 1–9 (2020).
Zhu X. et al.Εξαιρετικά τραβηγμένες μεταλλικές αγώγιμες ίνες που χρησιμοποιούν πυρήνες υγρού κράματος μετάλλων.Εκτεταμένες δυνατότητες.alma mater.23, 2308–2314 (2013).
Khan, J. et αϊ.Μελέτη ηλεκτροχημικής συμπίεσης υγρού μεταλλικού σύρματος.Το ACS αναφέρεται στο alma mater.Interface 12, 31010–31020 (2020).
Οι Lee H. et al.Προκαλούμενη από εξάτμιση πυροσυσσωμάτωση σταγονιδίων υγρού μετάλλου με βιοανοΐνες για ευέλικτη ηλεκτρική αγωγιμότητα και απόκριση ενεργοποίησης.Εθνική κοινότητα.10, 1–9 (2019).
Dickey, MD et αϊ.Ευτηκτικό γάλλιο-ίνδιο (EGaIn): υγρό κράμα μετάλλων που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό σταθερών δομών σε μικροκανάλια σε θερμοκρασία δωματίου.Εκτεταμένες δυνατότητες.alma mater.18, 1097–1104 (2008).
Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Μαλακή ρομποτική με βάση το υγρό μέταλλο: υλικά, σχέδια και εφαρμογές. Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Μαλακή ρομποτική με βάση το υγρό μέταλλο: υλικά, σχέδια και εφαρμογές.Wang, X., Guo, R. and Liu, J. Μαλακή ρομποτική βασισμένη σε υγρό μέταλλο: υλικά, κατασκευή και εφαρμογές. Wang, X., Guo, R. & Liu, J. 基于液态金属的软机器人：材料、设计和应用。 Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Μαλακά ρομπότ με βάση το υγρό μέταλλο: υλικά, σχεδιασμός και εφαρμογές.Wang, X., Guo, R. and Liu, J. Μαλακά ρομπότ βασισμένα σε υγρό μέταλλο: υλικά, κατασκευή και εφαρμογές.Προχωρημένο Alma Mater.τεχνολογία 4, 1800549 (2019).