改進的3D列印合金給柔性電子和柔性機器人帶來良好前景

美國俄勒岡州立大學工程學院的研究人員在快速製造柔性電腦屏幕和其他可伸縮電子設備（包括軟機器人）領域邁出了關鍵一步。

這項研究成果為該大學協作機器人和智能系統研究所的一個團隊所取得，為高導電性鎵合金高複雜結構的3D列印鋪平了道路。研究人員將鎳納米粒子放入液態金屬鎵銦錫合金中，增加其粘稠度使其適合增材製造。

機械工程助理教授兼該研究的共同通訊作者Yi?itMengü?說，流動合金不可能鋪成高層結構物。但採用這種膏狀質地，它可以在保持其流動性的同時進行分層，並且可以在橡膠管內部伸展。我們通過3D列印技術製備出一種非常有彈性的雙層電路，來展示我們這項發現的潛力，這些電路的層相互交織而彼此不接觸。

金屬鎵銦錫合金已被用作柔性電子產品中的導電材料，該合金具有低毒性和良好的導電性，且價格低廉，能自我修復，能夠在斷點處連接在一起。

但是，在俄勒岡州立大學開發出了改進方法，使用超聲波聲音的能量，將鎳顆粒和氧化鎵混入液態金屬中。但在此之前，金屬鎵銦錫合金僅限於可印刷二維結構。

在這項研究中，研究人員列印出高達10毫米、20毫米寬的結構。俄勒岡州立大學機器人學博士兼本研究的合作者Do?anYirmibe?o?lu表示，液態金屬印刷是柔性電子領域不可分割的一部分，增材製造能夠快速製造複雜的設計和電路。

該領域的特色產品包括導電紡織品、可彎曲的顯示器、用於扭矩/壓力和其他類型的應變感測器、可穿戴感測器套裝，例如用於視頻遊戲開發的套裝、觸角，及生物醫學感測器。未來非常光明，很容易想像製造出可以操作的柔軟機器人，它們會走出印表機。

金屬鎵銦錫合金粘貼展示了柔性電子學領域的新特點，化學工程博士兼共同作者Uranbileg Daalkhaijav博士補充說，它可以輕鬆快捷地完成，結構上的變化是永久性的，膏體的電性能與純液態金屬相當，膏體保持自愈特性。

未來工作是探索糊劑的確切結構，研究如何穩定鎳顆粒，以及結構如何隨著糊劑老化而變化，海軍研究辦公室青年調查員計劃支持這項研究。（工業和信息化部電子第一研究所 張慧）

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