Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan CSS winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita nuduhake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Nampilake carousel telung slide bebarengan.Gunakake tombol Sadurungé lan Sabanjure kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan, utawa nggunakake tombol panggeser ing mburi kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan.
Kene kita nduduhake imbibisi-mlebu, sipat wetting spontan lan selektif wetting basis gallium wesi logam ing lumahing metalized karo fitur topografi microscale.Paduan logam Cairan basis Gallium minangka bahan sing apik banget kanthi tegangan permukaan sing gedhe banget.Mulane, angel kanggo mbentuk film tipis.Wetting lengkap saka alloy eutektik saka gallium lan indium wis ngrambah ing microstructured lumahing tembaga ing ngarsane uap HCl, kang mbusak oksida alam saka logam Cairan alloy.Wetting iki diterangake sacara numerik adhedhasar model Wenzel lan proses osmosis, nuduhake yen ukuran mikrostruktur penting kanggo wetting logam cair sing diakibatake osmosis sing efisien.Kajaba iku, kita nduduhake manawa wetting spontan saka logam cair bisa diarahake kanthi selektif ing wilayah mikrostruktur ing permukaan logam kanggo nggawe pola.Proses prasaja iki merata jas lan mbentuk logam Cairan liwat wilayah gedhe tanpa pasukan external utawa penanganan Komplek.Kita wis nuduhake manawa substrat berpola logam cair nahan sambungan listrik sanajan digawe dowo lan sawise siklus regangan bola-bali.
Wesi logam Cairan adhedhasar Gallium (GaLM) wis narik kawigatosan amarga sifat-sifat sing menarik kayata titik lebur sing sithik, konduktivitas listrik sing dhuwur, viskositas lan aliran sing sithik, keracunan sing sithik lan deformabilitas sing dhuwur1,2.Gallium murni nduweni titik lebur kira-kira 30 °C, lan nalika digabungake ing komposisi eutektik karo sawetara logam kayata In lan Sn, titik lebur luwih murah tinimbang suhu kamar.Loro GaLM sing penting yaiku gallium indium eutectic alloy (EGaIn, 75% Ga lan 25% In miturut bobot, titik lebur: 15,5 °C) lan gallium indium timah eutektik alloy (GaInSn utawa galinstan, 68,5% Ga, 21,5% In, lan 10 % timah, titik lebur: ~11 °C)1.2.Amarga konduktivitas listrik ing fase cair, GaLMs lagi aktif diselidiki minangka jalur elektronik tensile utawa deformable kanggo macem-macem aplikasi, kalebu electronic3,4,5,6,7,8,9 sensor tegang utawa sudhut mlengkung 10, 11, 12 , 13, 14 lan ndadékaké 15, 16, 17. Fabrikasi piranti kasebut kanthi deposisi, printing, lan pola saka GaLM mbutuhake kawruh lan kontrol sifat antarmuka GaLM lan landasan dhasar.GaLM nduweni tegangan permukaan sing dhuwur (624 mNm-1 kanggo EGaIn18,19 lan 534 mNm-1 kanggo Galinstan20,21) sing bisa nggawe angel ditangani utawa dimanipulasi.Pembentukan kerak keras saka gallium oksida asli ing permukaan GaLM ing kahanan lingkungan nyedhiyakake cangkang sing nyetabilake GaLM ing wangun non-spherical.Properti iki ngidini GaLM bisa dicithak, ditanem menyang saluran mikro, lan dipola karo stabilitas antarmuka sing diraih dening oksida19,22,23,24,25,26,27.Cangkang oksida atos uga ngidini GaLM nempel ing permukaan sing paling lancar, nanging nyegah logam viskositas kurang mili kanthi bebas.Panyebaran GaLM ing umume permukaan mbutuhake kekuwatan kanggo ngilangi cangkang oksida28,29.
Cangkang oksida bisa dicopot nganggo, contone, asam utawa basa sing kuwat.Yen ora ana oksida, GaLM mbentuk tetes ing meh kabeh permukaan amarga tegangan permukaan sing gedhe, nanging ana pangecualian: GaLM wets substrat logam.Ga mbentuk ikatan metalik karo logam liyane liwat proses sing dikenal minangka "reaktif wetting" 30,31,32.Wetting reaktif iki asring ditliti yen ora ana oksida permukaan kanggo nggampangake kontak logam-kanggo-logam.Nanging, sanajan karo oksida asli ing GaLM, wis dilaporake yen kontak logam-kanggo-logam kabentuk nalika oksida pecah ing kontak karo permukaan logam sing mulus29.Wetting reaktif asil ing amba kontak kurang lan wetting apik saka paling substrat logam33,34,35.
Nganti saiki, akeh panaliten sing ditindakake babagan panggunaan sifat-sifat reaktif wetting GaLM kanthi logam kanggo mbentuk pola GaLM.Contone, GaLM wis Applied kanggo trek logam ngalangi patterned dening smearing, rolling, uyuh, utawa shadow masking34, 35, 36, 37, 38. Milih wetting saka GaLM ing logam hard ngidini GaLM kanggo mbentuk stabil lan uga ditetepake pola.Nanging, tegangan permukaan sing dhuwur saka GaLM ngalangi pembentukan film tipis sing seragam sanajan ing substrat logam.Kanggo ngatasi masalah iki, Lacour et al.nglapurake cara kanggo ngasilake film tipis GaLM sing rata ing wilayah sing gedhe kanthi nguap gallium murni menyang substrat mikrostruktur sing dilapisi emas37,39.Cara iki mbutuhake deposisi vakum, sing alon banget.Kajaba iku, GaLM umume ora diidini kanggo piranti kasebut amarga ana kemungkinan embrittlement40.Penguapan uga nyetop materi ing substrat, saéngga pola dibutuhake kanggo nggawe pola kasebut.Kita nggolek cara kanggo nggawe film lan pola GaLM sing lancar kanthi ngrancang fitur logam topografi sing dibasahi GaLM kanthi spontan lan selektif tanpa ana oksida alami.Ing kene kita nglaporake wetting spontan saka EGaIn bebas oksida (GaLM khas) kanthi nggunakake prilaku wetting unik ing substrat logam sing disusun kanthi fotolitografi.Kita nggawe struktur permukaan sing ditetepake kanthi fotolitografi ing tingkat mikro kanggo nyinaoni imbibisi, saéngga bisa ngontrol wetting logam cair tanpa oksida.Sipat wetting EGaIn sing luwih apik ing permukaan logam mikrostruktur diterangake kanthi analisis numerik adhedhasar model Wenzel lan proses impregnasi.Pungkasan, kita nduduhake deposisi area lan pola EGaIn kanthi nyerep dhewe, spontan lan selektif wetting ing permukaan deposisi logam mikrostruktur.Elektroda tegangan lan pengukur galur sing nggabungake struktur EGaIn ditampilake minangka aplikasi potensial.
Penyerapan yaiku transportasi kapiler ing ngendi cairan kasebut nyerang permukaan tekstur 41, sing ndadekake panyebaran cairan kasebut.We nyelidiki prilaku wetting saka EGaIn ing lumahing microstructured logam setor ing uap HCl (Fig. 1).Tembaga dipilih minangka logam kanggo permukaan sing ndasari. Ing lumahing tembaga warata, EGaIn nuduhake amba kontak kurang saka <20 ° ing ngarsane uap HCl, amarga reaktif wetting31 (Tambahan Gambar. 1). Ing lumahing tembaga warata, EGaIn nuduhake amba kontak kurang saka <20 ° ing ngarsane uap HCl, amarga reaktif wetting31 (Tambahan Gambar. 1). На плоских медных поверхностях EGaIn показал низкий краевой краевой угол <20 ° в присутствии паров HCl из-за реактивногива сил ok 1). Ing permukaan tembaga sing rata, EGaIn nuduhake sudut kontak <20 ° sing kurang ing ngarsane uap HCl amarga wetting reaktif31 (Tambahan Gambar 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° 的1）达行。在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn在存在HCl На ukara 1). Ing permukaan tembaga sing rata, EGaIn nuduhake sudut kontak <20 ° sing kurang ing ngarsane uap HCl amarga wetting reaktif (Tambahan Gambar 1).Kita ngukur sudut kontak cedhak EGaIn ing tembaga akeh lan ing film tembaga sing disimpen ing polydimethylsiloxane (PDMS).
a Kolumnar (D (diameter) = l (jarak) = 25 µm, d (jarak antar kolom) = 50 µm, H (dhuwur) = 25 µm) lan piramida (jembar = 25 µm, dhuwur = 18 µm) struktur mikro ing Cu / PDMS substrate.b Owah-owahan gumantung wektu ing amba kontak ing substrat warata (tanpa microstructures) lan susunan saka pilar lan piramida ngemot PDMS tembaga-dilapisi.c, d Rekaman interval saka (c) tampilan sisih lan (d) tampilan ndhuwur EGaIn wetting ing lumahing karo pilar ing ngarsane uap HCl.
Kanggo netepake efek topografi ing wetting, substrat PDMS kanthi pola columnar lan piramida disiapake, ing ngendi tembaga disimpen karo lapisan adesif titanium (Gambar 1a).Dituduhake yen lumahing microstructured saka substrat PDMS conformally ditutupi karo tembaga (Tambahan Gambar. 2).Sudut kontak gumantung wektu EGaIn ing pola lan planar tembaga-sputtered PDMS (Cu / PDMS) ditampilake ing Fig.1b.Sudut kontak EGaIn ing tembaga pola / PDMS mudhun dadi 0° sajrone ~1 menit.Pembasahan mikrostruktur EGaIn sing luwih apik bisa dimanfaatake kanthi persamaan Wenzel \({{{{\rm{cos}}}}}}\,{\theta}_{{rough}}=r\,{{ { {{ \rm{ cos}}}}}}\,{\theta}_{0}\), ngendi \({\theta}_{{kasar}}\) nggambarake sudut kontak saka lumahing kasar, \ (r \) Kekasaran lumahing (= area nyata/luas sing katon) lan sudut kontak ing bidang \({\theta}_{0}\).Asil saka wetting meningkat saka EGaIn ing lumahing patterned ing persetujuan apik karo model Wenzel, wiwit nilai r kanggo mburi lan lumahing pola piramida mungguh 1,78 lan 1,73.Iki uga tegese tepak EGaIn dumunung ing lumahing pola bakal nembus menyang grooves relief ndasari.Wigati dicathet yen film datar banget seragam dibentuk ing kasus iki, beda karo kasus EGaIn ing permukaan sing ora kabentuk (Tambahan Gambar 1).
Saka anjir.1c,d (Film Tambahan 1) bisa dideleng yen sawise 30 s, nalika sudut kontak katon nyedhaki 0 ​​°, EGaIn wiwit nyebar luwih adoh saka pinggir gulung, sing disebabake dening panyerepan (Film Tambahan 2 lan Tambahan. Gambar. 3).Panaliten sadurunge babagan permukaan sing rata wis nggandhengake skala wektu wetting reaktif karo transisi saka wetting inersia menyang wetting viscous.Ukuran terrain minangka salah sawijining faktor kunci kanggo nemtokake manawa ana swadaya.Kanthi mbandhingake energi lumahing sadurunge lan sawise imbibisi saka sudut pandang termodinamika, sudut kontak kritis \({\theta}_{c}\) saka imbibisi diturunake (pirsani Diskusi Tambahan kanggo rincian).Asil \({\theta}_{c}\) ditetepake minangka \({{{({\rm{cos))))))\,{\theta}_{c}=(1-{\ phi } _{S})/(r-{\phi}_{S})\) ngendi \({\phi}_{s}\) nggambarake area pecahan ing sisih ndhuwur kirim lan \(r\ ) nggambarake kasarasan lumahing. Imbibisi bisa kedadeyan nalika \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), yaiku, sudut kontak ing permukaan sing rata. Imbibisi bisa kedadeyan nalika \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), yaiku, sudut kontak ing permukaan sing rata. Впитывание может происходить, когда \ ({\ theta } _ {c} \) > \ ({\ theta } _ {0} \), т.è.контактный угол на плоской поверхности. Penyerapan bisa kedadeyan nalika \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), yaiku sudut kontak ing permukaan sing rata.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. Nyedhot dumadi nalika \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), sudut kontak ing bidang.Kanggo lumahing post-pola, \(r\) lan \({\phi}_{s}\) diitung minangka \(1+\{(2\pi {RH})/{d}^{2} \ } \ ) lan \(\pi {R}^{2}/{d}^{2}\), ing ngendi \(R\) nuduhake radius kolom, \(H\) nuduhake dhuwur kolom, lan \ ( d\) iku jarak antarane pusat saka rong pilar (Fig. 1a).Kanggo lumahing post-struktur ing anjir.1a, amba \({\theta}_{c}\) iku 60°, sing luwih gedhe tinimbang bidang \({\theta}_{0}\) (~25° ) ing uap HCl Oxide-free EGaIn ing Cu/PDMS.Mulane, tetesan EGaIn bisa gampang nyerang permukaan deposisi tembaga terstruktur ing Fig. 1a amarga panyerepan.
Kanggo neliti efek saka ukuran topografi pola ing wetting lan panyerepan saka EGaIn, kita mawarni-warni ukuran pilar-dilapisi tembaga.Ing anjir.2 nuduhake sudut kontak lan panyerepan EGaIn ing substrat kasebut.Jarak l antarane kolom padha karo diameter kolom D lan kisaran saka 25 nganti 200 μm.Dhuwur 25 µm konstan kanggo kabeh kolom.\({\theta}_{c}\) suda kanthi ukuran kolom sing saya tambah (Tabel 1), sing tegese panyerepan kurang kamungkinan ing substrat kanthi kolom sing luwih gedhe.Kanggo kabeh ukuran sing dites, \({\theta}_{c}\) luwih gedhe tinimbang \({\theta}_{0}\) lan wicking wis samesthine.Nanging, panyerepan arang diamati kanggo lumahing post-pola karo l lan D 200 µm (Fig. 2e).
Sudut kontak gumantung wektu EGaIn ing permukaan Cu / PDMS kanthi kolom kanthi ukuran sing beda-beda sawise paparan uap HCl.b–e Tampilan sisih ndhuwur lan sisih wetting EGaIn.b D = l = 25 µm, r = 1,78.ing D = l = 50 μm, r = 1,39.dD = l = 100 µm, r = 1,20.eD = l = 200 µm, r = 1,10.Kabeh kiriman duwe dhuwur 25 µm.Gambar kasebut dijupuk paling sethithik 15 menit sawise paparan uap HCl.Tetesan ing EGaIn minangka banyu asil saka reaksi antara galium oksida lan uap HCl.Kabeh bar skala ing (b - e) yaiku 2 mm.
Kriteria liya kanggo nemtokake kemungkinan panyerepan cairan yaiku fiksasi cairan ing permukaan sawise pola diterapake.Kurbin et al.Kacarita yen (1) kiriman cukup dhuwur, tetesan bakal diserap dening lumahing pola;(2) jarak antarane kolom rada cilik;lan (3) sudut kontak cairan ing permukaan cukup cilik42.Sacara numerik \({\theta}_{0}\) cairan ing bidang sing ngemot bahan substrat sing padha kudu kurang saka sudut kontak kritis kanggo pinning, \({\theta}_{c,{pin)) } \ ), kanggo panyerepan tanpa pinning antarane kiriman, ngendi \({\theta}_{c,{pin}}}={{{{{\rm{arctan}}}}}}}(H/\big \{ ( \ sqrt {2}-1)l\big\})\) (ndeleng diskusi tambahan kanggo rincian).Nilai \({\theta}_{c,{pin}}\) gumantung saka ukuran pin (Tabel 1).Nemtokake parameter tanpa dimensi L = l / H kanggo nemtokake manawa penyerapan kasebut kedadeyan.Kanggo panyerepan, L kudu kurang saka standar ambang, \({L}_{c}\) = 1/\(\big\{\big(\sqrt{2}-1\big){{\tan} } { \ theta}_{{0}}\gedhe\}\).Kanggo EGaIn \(({\theta}_{0}={25}^{\circ})\) ing substrat tembaga \({L}_{c}\) yaiku 5.2.Wiwit kolom L saka 200 μm yaiku 8, sing luwih gedhe tinimbang nilai \({L}_{c}\), panyerepan EGaIn ora kedadeyan.Kanggo luwih nguji efek geometri, kita mirsani self-priming saka macem-macem H lan l (Tambahan Gambar 5 lan Tambahan Tabel 1).Asil kasebut cocog karo petungan kita.Dadi, L dadi prediktor penyerapan sing efektif;logam cair mandheg nyerep amarga pinning nalika jarak antarane pilar relatif gedhe dibandhingake karo dhuwur saka pilar.
Wettability bisa ditemtokake adhedhasar komposisi permukaan substrat.Kita nyelidiki efek komposisi permukaan ing wetting lan panyerepan EGaIn dening co-depositing Si lan Cu ing pilar lan pesawat (Tambahan Gambar. 6).Sudut kontak EGaIn mudhun saka ~ 160 ° nganti ~ 80 ° amarga permukaan binar Si / Cu mundhak saka 0 dadi 75% ing isi tembaga sing rata.Kanggo permukaan 75% Cu/25% Si, \({\theta}_{0}\) yaiku ~80°, sing cocog karo \({L}_{c}\) padha karo 0,43 miturut definisi ing ndhuwur .Amarga kolom l = H = 25 μm karo L padha karo 1 luwih gedhe tinimbang ambang \ ({L}_{c}\), permukaan 75% Cu / 25% Si sawise pola ora nyerep amarga imobilisasi.Wiwit sudut kontak EGaIn mundhak kanthi tambahan Si, luwih H utawa l ngisor dibutuhake kanggo ngatasi pinning lan impregnation.Mula, amarga sudut kontak (yaiku \({\theta}_{0}\)) gumantung marang komposisi kimia permukaan, mula uga bisa nemtokake manawa imbibisi ana ing struktur mikro.
EGaIn panyerepan ing tembaga pola / PDMS bisa udan logam Cairan menyang pola migunani.Kanggo ngevaluasi jumlah minimal garis kolom sing nyebabake imbibisi, sifat wetting EGaIn diamati ing Cu / PDMS kanthi garis post-pola sing ngemot nomer baris kolom sing beda saka 1 nganti 101 (Fig. 3).Wetting utamane ana ing wilayah post-pola.Wicking EGaIn diamati kanthi dipercaya lan dawa wicking tambah kanthi jumlah baris kolom.Penyerapan meh ora tau kedadeyan nalika ana kiriman kanthi rong baris utawa kurang.Iki bisa uga amarga tambah tekanan kapiler.Supaya panyerepan dumadi ing pola kolom, tekanan kapiler sing disebabake dening kelengkungan kepala EGaIn kudu diatasi (Tambahan Gambar 7).Kanthi asumsi radius kelengkungan 12,5 µm kanggo siji larik EGaIn kanthi pola kolom, tekanan kapiler yaiku ~0,98 atm (~740 Torr).Tekanan Laplace sing dhuwur iki bisa nyegah wetting amarga panyerepan EGaIn.Kajaba iku, baris kolom sing luwih sithik bisa nyuda gaya panyerepan amarga tumindak kapiler ing antarane EGaIn lan kolom.
a Tetes EGaIn ing Cu / PDMS terstruktur kanthi pola sing beda-beda (w) ing udara (sadurunge paparan uap HCl).Larik rak wiwit saka ndhuwur: 101 (w = 5025 µm), 51 (w = 2525 µm), 21 (w = 1025 µm), lan 11 (w = 525 µm).b Directional wetting saka EGaIn ing (a) sawise paparan uap HCl kanggo 10 menit.c, d Wetting EGaIn ing Cu/PDMS kanthi struktur kolom (c) rong baris (w = 75 µm) lan (d) siji baris (w = 25 µm).Gambar kasebut dijupuk 10 menit sawise paparan uap HCl.Bar skala ing (a, b) lan (c, d) masing-masing 5 mm lan 200 µm.Panah ing (c) nuduhake kelengkungan sirah EGaIn amarga panyerepan.
Penyerapan EGaIn ing Cu / PDMS post-pola ngidini EGaIn dibentuk kanthi wetting selektif (Fig. 4).Nalika tetes EGaIn diselehake ing area pola lan kapapar uap HCl, gulung EGaIn ambruk dhisik, mbentuk sudut kontak cilik nalika asam ngilangi skala.Sabanjure, panyerepan diwiwiti saka pinggir gulung.Pola area gedhe bisa digayuh saka EGaIn skala sentimeter (Gambar 4a, c).Wiwit panyerepan mung ana ing permukaan topografi, EGaIn mung mbasoni area pola lan meh mandheg udan nalika tekan permukaan sing rata.Akibate, wates cetha saka pola EGaIn diamati (Fig. 4d, e).Ing anjir.4b nuduhake carane EGaIn nyerang wilayah sing ora terstruktur, utamane ing sekitar papan ing ngendi droplet EGaIn wiwitane diselehake.Iki amarga diameter paling cilik saka tetesan EGaIn sing digunakake ing panliten iki ngluwihi ambane huruf berpola.Tetes EGaIn diselehake ing situs pola kanthi injeksi manual liwat jarum 27-G lan jarum suntik, nyebabake tetes kanthi ukuran minimal 1 mm.Masalah iki bisa ditanggulangi kanthi nggunakake tetesan EGaIn sing luwih cilik.Sakabèhé, Figure 4 nuduhake yen wetting spontan saka EGaIn bisa induksi lan diarahake menyang lumahing microstructured.Dibandhingake karo karya sadurunge, proses wetting iki relatif cepet lan ora pasukan external dibutuhake kanggo entuk wetting lengkap (Tabel Tambahan 2).
emblem universitas, huruf b, c awujud kilat.Wilayah panyerap ditutupi karo susunan kolom kanthi D = l = 25 µm.d, nggedhekake gambar iga ing e (c).Bar skala ing (a–c) lan (d, e) masing-masing 5 mm lan 500 µm.Ing (c-e), tetesan cilik ing permukaan sawise adsorpsi dadi banyu minangka asil saka reaksi antara gallium oksida lan uap HCl.Ora ana pengaruh sing signifikan saka pambentukan banyu ing wetting.Banyu gampang dibusak liwat proses pangatusan prasaja.
Amarga sifat cair saka EGaIn, EGaIn dilapisi Cu / PDMS (EGaIn / Cu / PDMS) bisa digunakake kanggo elektroda fleksibel lan stretchable.Figure 5a mbandhingaké owah-owahan resistance saka Cu asli / PDMS lan EGaIn / Cu / PDMS ing kathah beda.Resistensi Cu / PDMS mundhak kanthi cepet, dene resistensi EGaIn / Cu / PDMS tetep sithik.Ing anjir.5b lan d nuduhake gambar SEM lan data EMF sing cocog saka Cu / PDMS mentah lan EGaIn / Cu / PDMS sadurunge lan sawise aplikasi voltase.Kanggo Cu / PDMS sing utuh, deformasi bisa nyebabake retakan ing film Cu hard sing disimpen ing PDMS amarga ora cocog karo elastisitas.Ing kontras, kanggo EGaIn / Cu / PDMS, EGaIn isih nutupi substrat Cu / PDMS lan njaga kontinuitas listrik tanpa retak utawa deformasi sing signifikan sanajan galur ditrapake.Data EDS dikonfirmasi manawa gallium lan indium saka EGaIn disebarake kanthi rata ing substrat Cu / PDMS.Wigati dicathet yen kekandelan film EGaIn padha lan bisa dibandhingake karo dhuwure pilar. Iki uga dikonfirmasi dening analisis topografi luwih, ing ngendi prabédan relatif antarane kekandelan film EGaIn lan dhuwur saka kirim punika <10% (Tambahan Fig. 8 lan Tabel 3). Iki uga dikonfirmasi dening analisis topografi luwih, ing ngendi prabédan relatif antarane kekandelan film EGaIn lan dhuwur saka kirim punika <10% (Tambahan Fig. 8 lan Tabel 3). Это также подтверждается дальнейшим топографическим анализом, где относительная разница между толщиной пленкитой пленкитой яет <10% (dополнительный рис. 8 lan таблица 3). Iki uga dikonfirmasi dening analisis topografi luwih, ing ngendi prabédan relatif antarane kekandelan film EGaIn lan dhuwur kolom <10% (Tambahan Gambar 8 lan Tabel 3).进一步的形貌分析也证实了这一点，其中EGaIn 薄膜厚度与柱子高度之间的相傹家表3). <10% Это также было подтверждено дальнейшим топографическим анализом, где относительная разница между толщинои плес авляла <10% (dополнительный рис. 8 lan таблица 3). Iki uga dikonfirmasi dening analisis topografi luwih, ing ngendi prabédan relatif antarane kekandelan film EGaIn lan dhuwur kolom ana <10% (Tambahan Gambar 8 lan Tabel 3).Wetting adhedhasar imbibisi iki ngidini kekandelan lapisan EGaIn bisa dikontrol kanthi apik lan tetep stabil ing wilayah sing gedhe, sing bisa uga angel amarga sifate cair.Tokoh 5c lan e mbandhingaké konduktivitas lan resistance kanggo deformasi saka asli Cu / PDMS lan EGaIn / Cu / PDMS.Ing demo, LED diuripake nalika disambungake menyang elektroda Cu / PDMS utawa EGaIn / Cu / PDMS sing ora kena.Nalika Cu / PDMS utuh digawe dowo, LED mati.Nanging, elektroda EGaIn / Cu / PDMS tetep disambungake kanthi listrik sanajan ana beban, lan lampu LED mung rada surem amarga resistensi elektroda tambah.
a owah-owahan resistance Normal karo nambah mbukak ing Cu / PDMS lan EGaIn / Cu / PDMS.b, d Gambar SEM lan analisis spektroskopi sinar-X (EDS) dispersif energi sadurunge (ndhuwur) lan sawise (ngisor) polydiplexes dimuat ing (b) Cu / PDMS lan (d) EGaIn / Cu / methylsiloxane.c, e LED ditempelake ing (c) Cu / PDMS lan (e) EGaIn / Cu / PDMS sadurunge (ndhuwur) lan sawise (ngisor) mulet (~ 30% kaku).Skala bar ing (b) lan (d) yaiku 50 µm.
Ing anjir.6a nuduhake resistensi EGaIn / Cu / PDMS minangka fungsi galur saka 0% nganti 70%.Tambah lan pulih saka resistance sebanding karo deformasi, sing cocog karo hukum Pouillet kanggo bahan sing ora bisa dikompres (R/R0 = (1 + ε)2), ing ngendi R yaiku resistensi, R0 yaiku resistensi awal, ε yaiku galur 43. Panaliten liyane wis nuduhake yen Nalika digawe dowo, partikel padhet ing medium Cairan bisa ngatur maneh piyambak lan dadi luwih roto-roto mbagekke karo kohesi luwih, saéngga nyuda Tambah ing seret 43, 44 . Nanging, ing karya iki, konduktor luwih saka 99% logam cair kanthi volume amarga film Cu mung 100 nm. Nanging, ing karya iki, konduktor luwih saka 99% logam cair kanthi volume amarga film Cu mung 100 nm. Однако в этой работе проводник состоит из >99% жидкого металла по объему, так как пленки Cu имеют толщину 10 taun. Nanging, ing karya iki, konduktor kasusun saka> 99% Cairan logam dening volume, amarga film Cu mung 100 nm nglukis.然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99% 的液态金属（猉佉。然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99%Nanging, ing karya iki, amarga film Cu mung 100 nm nglukis, konduktor kasusun saka luwih saka 99% Cairan logam (miturut volume).Mulane, kita ora ngarep-arep Cu bakal menehi kontribusi sing signifikan marang sifat elektromekanis konduktor.
owah-owahan normal ing resistance EGaIn/Cu/PDMS versus galur ing kisaran 0-70%.Tekanan maksimum sing ditindakake sadurunge gagal PDMS yaiku 70% (Tambahan Gambar 9).Titik abang minangka nilai teoretis sing diprediksi dening hukum Puet.b. Uji stabilitas konduktivitas EGaIn/Cu/PDMS sajrone siklus regangan sing bola-bali.Galur 30% digunakake ing uji siklik.Bar skala ing inset yaiku 0,5 cm.L yaiku dawa awal EGaIn/Cu/PDMS sadurunge mulet.
Faktor pangukuran (GF) nuduhake sensitivitas sensor lan ditetepake minangka rasio owah-owahan ing resistance kanggo owah-owahan ing galur45.GF tambah saka 1,7 ing 10% galur kanggo 2,6 ing 70% galur amarga owah-owahan geometris saka logam.Dibandhingake karo gauge galur liyane, nilai GF EGaIn / Cu / PDMS moderat.Minangka sensor, sanajan GF bisa uga ora dhuwur banget, EGaIn / Cu / PDMS nuduhake owah-owahan resistensi sing kuat kanggo nanggepi sinyal sing kurang kanggo beban rasio gangguan.Kanggo ngevaluasi stabilitas konduktivitas EGaIn / Cu / PDMS, resistensi listrik dipantau sajrone siklus stretch-stretch bola-bali ing galur 30%.Minangka ditampilake ing anjir.6b, sawise 4000 siklus peregangan, nilai resistance tetep ing 10%, sing bisa uga amarga tatanan terus-terusan skala sajrone siklus regangan bola-bali46.Mangkono, stabilitas listrik jangka panjang EGaIn / Cu / PDMS minangka elektroda stretchable lan linuwih sinyal minangka gauge galur dikonfirmasi.
Ing artikel iki, kita ngrembug babagan sifat wetting GaLM sing luwih apik ing permukaan logam mikrostruktur sing disebabake dening infiltrasi.Wetting lengkap EGaIn spontan diraih ing permukaan logam kolom lan piramida kanthi uap HCl.Iki bisa diterangake numerik adhedhasar model Wenzel lan proses wicking, kang nuduhake ukuran post-mikrostruktur dibutuhake kanggo wetting wicking-mlebu.Wetting spontan lan selektif saka EGaIn, dipandu dening lumahing logam microstructured, ndadekake iku bisa kanggo aplikasi lapisan seragam liwat wilayah gedhe lan mbentuk pola logam Cairan.Substrat Cu/PDMS sing dilapisi EGaIn nahan sambungan listrik sanajan digawe dowo lan sawise siklus regangan bola-bali, kaya sing dikonfirmasi dening SEM, EDS, lan pangukuran resistensi listrik.Kajaba iku, resistance listrik saka Cu / PDMS dilapisi karo EGaIn owah-owahan reversibly lan andal ing proporsi kanggo galur Applied, nuduhake aplikasi potensial minangka sensor galur.Kauntungan sing bisa diwenehake dening prinsip wetting logam cair sing disebabake dening imbibisi yaiku: (1) Lapisan lan pola GaLM bisa digayuh tanpa kekuwatan eksternal;(2) Wetting GaLM ing lumahing microstructure dilapisi tembaga iku termodinamika.film GaLM asil stabil malah ing ewah-ewahan bentuk;(3) ngganti dhuwur saka kolom dilapisi tembaga bisa mbentuk film GaLM karo kekandelan kontrol.Kajaba iku, pendekatan iki nyuda jumlah GaLM sing dibutuhake kanggo mbentuk film kasebut, amarga pilar kasebut manggoni bagean film kasebut.Contone, nalika susunan pilar kanthi diameter 200 μm (kanthi jarak antarane pilar 25 μm) dienalake, volume GaLM sing dibutuhake kanggo pembentukan film (~ 9 μm3 / μm2) bisa dibandhingake karo volume film tanpa pilar.(25 µm3/µm2).Nanging, ing kasus iki, kudu digatekake manawa resistensi teoritis, sing dikira miturut hukum Puet, uga mundhak kaping sanga.Sakabèhé, sifat wetting unik saka logam cair sing dibahas ing artikel iki nawakake cara sing efisien kanggo nyetop logam cair ing macem-macem substrat kanggo elektronik sing bisa digulung lan aplikasi liyane sing muncul.
Substrat PDMS disiapake kanthi nyampur matriks Sylgard 184 (Dow Corning, USA) lan hardener kanthi rasio 10: 1 lan 15: 1 kanggo tes tensile, banjur ngobati ing oven kanthi suhu 60 ° C.Tembaga utawa silikon disimpen ing wafer silikon (Silicon Wafer, Namkang High Technology Co., Ltd., Republik Korea) lan substrat PDMS kanthi lapisan adesif titanium 10 nm kanthi nggunakake sistem sputtering khusus.Struktur kolom lan piramida disimpen ing substrat PDMS nggunakake proses fotolitografi wafer silikon.Jembar lan dhuwur saka pola piramida yaiku 25 lan 18 µm, masing-masing.Dhuwur pola bar kasebut ditemtokake ing 25 µm, 10 µm, lan 1 µm, lan diameteripun lan pitch beda-beda saka 25 nganti 200 µm.
Sudut kontak EGaIn (gallium 75.5% / indium 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republik Korea) diukur nganggo penganalisis bentuk gulung (DSA100S, KRUSS, Jerman). Sudut kontak EGaIn (gallium 75.5% / indium 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republik Korea) diukur nganggo penganalisis bentuk gulung (DSA100S, KRUSS, Jerman). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5 %/индий 24,5 %, >99,99 %, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с помощьовю Германия). Sudut pinggiran EGaIn (gallium 75.5% / indium 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republik Korea) diukur nganggo penganalisis tetesan (DSA100S, KRUSS, Jerman). 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（DSA100S德里離，KRUSS。 EGaIn (gallium75.5%/indium24.5%, > 99.99%, Sigma Aldrich, 大韩民国) diukur nganggo penganalisis kontak (DSA100S, KRUSS, Jerman). Краевой угол EGaIn (gаллий 75,5%/индий 24,5%, > 99,99%, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с помощью анаолимю, Солода 1 maning). Sudut pinggir EGaIn (gallium 75.5% / indium 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republik Korea) diukur nganggo penganalisis tutup wangun (DSA100S, KRUSS, Jerman).Selehake substrat ing kamar kaca 5 cm × 5 cm × 5 cm lan nyelehake tetes EGaIn 4-5 μl menyang substrat nggunakake jarum suntik diameter 0,5 mm.Kanggo nggawe medium uap HCl, 20 μL larutan HCl (37 wt.%, Samchun Chemicals, Republik Korea) dilebokake ing jejere substrat, sing cukup nguap kanggo ngisi kamar sajrone 10 detik.
Lumahing dicithak nganggo SEM (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea).EDS (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea) digunakake kanggo nyinaoni analisis lan distribusi kualitatif unsur.Topografi permukaan EGaIn / Cu / PDMS dianalisis nggunakake profilometer optik (The Profilm3D, Filmetrics, USA).
Kanggo neliti owah-owahan konduktivitas listrik sajrone siklus regangan, conto nganggo lan tanpa EGaIn dijepit ing peralatan peregangan (Sistem Mesin Bending & Stretchable, SnM, Republik Korea) lan disambungake kanthi listrik menyang meter sumber Keithley 2400. Kanggo neliti owah-owahan konduktivitas listrik sajrone siklus regangan, conto nganggo lan tanpa EGaIn dijepit ing peralatan peregangan (Sistem Mesin Bending & Stretchable, SnM, Republik Korea) lan disambungake kanthi listrik menyang meter sumber Keithley 2400. Для исследования изменения электропроводности во время циклов растяжения образцы с EGaIn и без него него закрепляирад & Sistem Mesin Stretchable, SnM, Республика Корея) lan электрически подключали к измерителю источника Keithley 2400. Kanggo nyinaoni owah-owahan konduktivitas listrik sajrone siklus peregangan, conto nganggo lan tanpa EGaIn dipasang ing peralatan peregangan (Sistem Mesin Bending & Stretchable, SnM, Republik Korea) lan disambungake kanthi listrik menyang meter sumber Keithley 2400.Kanggo nyinaoni owah-owahan konduktivitas listrik sajrone siklus peregangan, conto nganggo lan tanpa EGaIn dipasang ing piranti peregangan (Sistem Mesin Bending lan Peregangan, SnM, Republik Korea) lan disambungake kanthi listrik menyang Keithley 2400 SourceMeter.Ngukur owah-owahan ing resistance ing sawetara saka 0% kanggo 70% saka galur sampel.Kanggo test stabilitas, owah-owahan ing resistance diukur liwat 4000 30% siklus galur.
Kanggo informasi luwih lengkap babagan desain sinau, waca abstrak sinau Alam sing ana gandhengane karo artikel iki.
Data sing ndhukung asil panliten iki ditampilake ing file Informasi Tambahan lan Data Mentah.Artikel iki nyedhiyakake data asli.
Daeneke, T. et al.Logam Cairan: Basis Kimia lan Aplikasi.Kimia.masyarakat.47, 4073–4111 (2018).
Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD Atribut, fabrikasi, lan aplikasi partikel logam cair berbasis galium. Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD Atribut, fabrikasi, lan aplikasi partikel logam cair berbasis galium.Lin, Y., Genzer, J. lan Dickey, MD Properties, fabrikasi lan aplikasi partikel logam Cairan basis gallium. Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD 镓基液态金属颗粒的属性、制造和应用。 Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MDLin, Y., Genzer, J. lan Dickey, MD Properties, fabrikasi lan aplikasi partikel logam Cairan basis gallium.Ilmu majeng.7, 2000–192 (2020).
Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Towards all-soft matter circuits: prototipe piranti quasi-cair kanthi ciri memristor. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Towards all-soft matter circuits: prototipe piranti quasi-cair kanthi ciri memristor.Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD, lan Velev, OD To sirkuit dumadi saka materi alus: Prototipe piranti quasi-cair karo ciri memristor. 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, lan Velev, OD Menuju Sirkuit Kabeh Soft Matter: Prototipe Piranti Quasi-Fluid kanthi Properti Memristor.Almamater majeng.23, 3559–3564 (2011).
Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Saklar logam cair kanggo elektronik responsif lingkungan. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Saklar logam cair kanggo elektronik responsif lingkungan.Bilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Liquid metal switches kanggo elektronik sing ramah lingkungan. 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 Liquid metal switches kanggo elektronik sing ramah lingkungan.Almamater majeng.Antarmuka 4, 1600913 (2017).
Dadi, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD pembetulan arus ion ing dioda materi alus kanthi elektroda logam cair. Dadi, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD pembetulan arus ion ing dioda materi alus kanthi elektroda logam cair. Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD. Mangkono, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD rectification saiki ion ing dioda materi alus karo elektroda logam Cairan. Dadi, 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。 Dadi, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD. Mangkono, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD rectification saiki ion ing dioda materi alus karo elektroda logam Cairan.Kapabilitas ditambahi.almamater.22, 625–631 (2012).
Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication kanggo piranti elektronik kabeh-alus lan dhuwur-Kapadhetan adhedhasar logam Cairan. Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication kanggo piranti elektronik kabeh-alus lan dhuwur-Kapadhetan adhedhasar logam Cairan.Kim, M.-G., Brown, DK lan Brand, O. Nanofabrication kanggo piranti elektronik basis logam cair kabeh-alus lan dhuwur.Kim, M.-G., Brown, DK, lan Brand, O. Nanofabrication saka high-density, elektronik kabeh-alus adhedhasar logam cair.Komune nasional.11, 1–11 (2020).
Guo, R. et al.Cu-EGaIn minangka cangkang elektron sing bisa diperluas kanggo elektronik interaktif lan lokalisasi CT.almamater.tingkat.7. 1845–1853 (2020).
Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag-In-Ga E-kulit kanggo bioelectronics lan interaksi manungsa-mesin. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag-In-Ga E-kulit kanggo bioelectronics lan interaksi manungsa-mesin.Lopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K., lan 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-kulit kanggo bioelectronics lan interaksi manungsa-mesin. Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. Hydroprinted electronics: ultrathin stretchable Ag-In-Ga E-kulit kanggo bioelectronics lan interaksi manungsa-mesin.Lopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K., lan Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Stretchable Electronic Skin for Bioelectronics and Human-Machine Interaction.ACS
Yang, Y. et al.Nanogenerator triboelectric ultra-tensile lan direkayasa adhedhasar logam cair kanggo elektronik sing bisa dipakai.SAU Nano 12, 2027–2034 (2018).
Gao, K. et al.Pangembangan struktur microchannel kanggo sensor overstretch adhedhasar logam cair ing suhu kamar.ngelmu.Laporan 9, 1–8 (2019).
Chen, G. et al.Serat komposit superelastik EGaIn bisa tahan 500% ketegangan tegangan lan duwe konduktivitas listrik sing apik kanggo elektronik sing bisa dipakai.ACS nuduhake almamater.Antarmuka 12, 6112–6118 (2020).
Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. Kabel langsung saka gallium-indium eutektik menyang elektroda logam kanggo sistem sensor alus. Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. Kabel langsung saka gallium-indium eutektik menyang elektroda logam kanggo sistem sensor alus.Kim, S., Oh, J., Jeon, D. lan Bae, J. Ikatan langsung saka gallium-indium eutektik kanggo elektroda logam kanggo sistem sensing alus. 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gallium-indium elektroda logam langsung ditempelake menyang sistem sensor alus.Kim, S., Oh, J., Jeon, D. lan Bae, J. Ikatan langsung saka gallium-indium eutektik kanggo elektroda logam kanggo sistem sensor alus.ACS nuduhake almamater.Antarmuka 11, 20557–20565 (2019).
Yun, G. et al.Elastomer magnetorheologis sing diisi logam cair kanthi piezoelektrik positif.Komune nasional.10, 1–9 (2019).
Kim, KK Pengukur galur multidimensi sing sensitif banget lan bisa direnggang kanthi jaringan perkolasi kawat nano logam anisotropik pratekan.Nanolet.15, 5240–5247 (2015).
Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. Elastomer marasake awak otonom universal kanthi stretchability dhuwur. Guo, H., Han, Y., Zhao, W., Yang, J. & Zhang, L. Elastomer marasake awak otonom universal kanthi stretchability dhuwur.Guo, H., Han, Yu., Zhao, W., Yang, J., lan Zhang, L. elastomer marasake awakmu dhewe Versatile kanthi elastisitas dhuwur. 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. lan Zhang L. Versatile offline poto-marasake awakmu elastomer dhuwur tensile.Komune nasional.11, 1–9 (2020).
Zhu X. et al.Serat konduktif metalik ultradrawn nggunakake inti paduan logam cair.Kapabilitas ditambahi.almamater.23, 2308–2314 (2013).
Khan, J. et al.Studi tekanan elektrokimia kawat logam cair.ACS nuduhake almamater.Antarmuka 12, 31010–31020 (2020).
Lee H. et al.Penguapan-mlebu sintering saka tetesan logam Cairan karo bionofibers kanggo konduktivitas listrik fleksibel lan aktuasi responsif.Komune nasional.10, 1–9 (2019).
Dickey, MD et al.Eutektik gallium-indium (EGaIn): campuran logam cair sing digunakake kanggo mbentuk struktur stabil ing saluran mikro ing suhu kamar.Kapabilitas ditambahi.almamater.18, 1097–1104 (2008).
Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Robotika alus adhedhasar logam cair: bahan, desain, lan aplikasi. Wang, X., Guo, R. & Liu, J. Robotika alus adhedhasar logam cair: bahan, desain, lan aplikasi.Wang, X., Guo, R. lan Liu, J. Robotika alus adhedhasar logam cair: bahan, konstruksi lan aplikasi. 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. Robot alus adhedhasar logam cair: bahan, desain lan aplikasi.Wang, X., Guo, R. lan Liu, J. Robot alus adhedhasar logam cair: bahan, konstruksi lan aplikasi.Almamater majeng.teknologi 4, 1800549 (2019).