Технологии струйной печати могут быть использованы для массового производства электронных схем, изготовленных из жидких металлических сплавов. Схемы пригодятся для создания "мягких" роботов и гибкой электроники.
Эластичные технологии могут сделать возможным создание нового класса гибких роботов или растягивающейся одежды, которую люди смогут носить для терапевтических целей и для взаимодействия с компьютерами. Но прежде, чем "мягкие" машины будут изготовлены, необходимо разработать новые технологии для их коммерчески выгодного производства.
"Мы хотим создать растягивающуюся электронику, которая будет совместима с мягкими устройствами, в том числе с роботами, которым предстоит протискиваться в небольшие отверстия, или с носимыми технологиями, которые не будут сковывать движения, – рассказывает Ребекка Крамер (Rebecca Kramer), доцент кафедры машиностроения в университете Пердью. – Проводники, изготовленные с использованием жидкого металла, могут растягиваться и деформироваться без повреждений".
Новый подход, разработанный специалистами университета Пердью, основывается на использовании струйной печати при создании устройств из жидких сплавов.
"Этот процесс сейчас позволяет нам печатать гибкие и растяжимые проводники, которые могут быть использованы с эластичными материалами и тканями", – рассказала Крамер.
Метод, разработанный Крамер, доктором Джоном Уильямом Боли (John William Boley) и аспирантом Эдвардом Уайтом (Edward L. White), получил название "механически спечённые наночастицы галлия-индия".
Чистым жидким металлом печатать невозможно, поэтому учёные США создали чернила для печати "раздробив" жидкий металл в неметаллическом растворителе при помощи ультразвука на наночастицы (этот процесс в химии именуется диспергированием). Раствор с наночастицами жидкого металла можно использовать для струйной печати.
"Жидкий металл в своей привычной форме не пригоден для струйной печати, – объясняет Крамер. – Так что мы создаём наночастицы жидкого металла, которые достаточно малы, чтобы пройти через струйную насадку. Воздействие ультразвука на жидкий металл в растворителе, таком как этанол, и создаёт наночастицы, и рассеивает их в растворителе. Когда мы печатаем с помощью этих чернил на любой подложке, этанол испаряется и на поверхности остаются лишь наночастицы жидкого металла".
После нанесения нанокапли превращаются в единый проводник при приложении небольшого давления. Этот этап необходим, так как наночастицы жидкого металла к тому же изначально покрыты окислившимся галлием, который не проводит электричество.
"Это достаточно нежное покрытие и слишком сильное надавливание может его поломать, слив всё в одну однородную плёнку, – предупреждает Крамер. – Это может произойти при штамповке, либо при проведении по всей поверхности острым кремниевым наконечником".
Такой подход также позволяет избирательно активировать какие-то части нанесённых схем (в зависимости от конкретного назначения), то есть использовать одну и ту же "плёнку" в разных целях.
Этот технологический процесс также однажды может сделать возможным быстрое и массовое производство большого количества плёнки.
В следующих исследованиях разработчики планируют изучить, какое взаимодействие между чернилами и поверхностью (например, гидрофобной или гидрофильной) может быть наиболее благоприятным для производства конкретных типов устройств.
Научная статья группы Крамер была опубликована в издании Advanced Materials.
