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Aqui demonstramos as propriedades de umedecimento espontâneas e seletivas induzidas pela embebição de ligas de metal líquido à base de gálio em superfícies metalizadas com características topográficas em microescala.As ligas de metal líquido à base de gálio são materiais incríveis com enorme tensão superficial.Portanto, é difícil transformá-los em filmes finos.A molhabilidade completa da liga eutética de gálio e índio foi conseguida na superfície microestruturada do cobre na presença de vapores de HCl, que removeram o óxido natural da liga metálica líquida.Este umedecimento é explicado numericamente com base no modelo de Wenzel e no processo de osmose, mostrando que o tamanho da microestrutura é crítico para um umedecimento eficiente de metais líquidos induzido por osmose.Além disso, demonstramos que o umedecimento espontâneo de metais líquidos pode ser direcionado seletivamente ao longo de regiões microestruturadas em uma superfície metálica para criar padrões.Este processo simples reveste e molda uniformemente o metal líquido em grandes áreas, sem força externa ou manuseio complexo.Demonstramos que substratos com padrão de metal líquido retêm conexões elétricas mesmo quando esticados e após repetidos ciclos de alongamento.
As ligas metálicas líquidas à base de gálio (GaLM) têm atraído muita atenção devido às suas propriedades atrativas, como baixo ponto de fusão, alta condutividade elétrica, baixa viscosidade e fluxo, baixa toxicidade e alta deformabilidade .O gálio puro tem um ponto de fusão de cerca de 30 °C e, quando fundido em composições eutéticas com alguns metais como In e Sn, o ponto de fusão fica abaixo da temperatura ambiente.Os dois GaLMs importantes são a liga eutética de gálio índio (EGaIn, 75% Ga e 25% In em peso, ponto de fusão: 15,5 ° C) e a liga eutética de gálio índio e estanho (GaInSn ou galinstan, 68,5% Ga, 21,5% In e 10 % estanho, ponto de fusão: ~11 °C)1.2.Devido à sua condutividade elétrica na fase líquida, os GaLMs estão sendo ativamente investigados como caminhos eletrônicos de tração ou deformáveis ​​para uma variedade de aplicações, incluindo sensores eletrônicos3,4,5,6,7,8,9 tensos ou curvos 10, 11, 12 , 13, 14 e derivações 15, 16, 17. A fabricação de tais dispositivos por deposição, impressão e padronização do GaLM requer conhecimento e controle das propriedades interfaciais do GaLM e seu substrato subjacente.Os GaLMs possuem alta tensão superficial (624 mNm-1 para EGaIn18,19 e 534 mNm-1 para Galinstan20,21) o que pode torná-los difíceis de manusear ou manipular.A formação de uma crosta dura de óxido de gálio nativo na superfície do GaLM sob condições ambientais fornece uma concha que estabiliza o GaLM em uma forma não esférica.Essa propriedade permite que o GaLM seja impresso, implantado em microcanais e padronizado com a estabilidade interfacial alcançada pelos óxidos .O invólucro de óxido duro também permite que o GaLM adira à maioria das superfícies lisas, mas evita que metais de baixa viscosidade fluam livremente.A propagação do GaLM na maioria das superfícies requer força para quebrar a camada de óxido .
As camadas de óxido podem ser removidas, por exemplo, com ácidos ou bases fortes.Na ausência de óxidos, o GaLM forma gotas em quase todas as superfícies devido à sua enorme tensão superficial, mas há exceções: o GaLM molha substratos metálicos.O Ga forma ligações metálicas com outros metais através de um processo conhecido como “umedecimento reativo”30,31,32.Este umedecimento reativo é frequentemente examinado na ausência de óxidos superficiais para facilitar o contato metal-metal.No entanto, mesmo com óxidos nativos em GaLM, foi relatado que contatos metal-metal se formam quando os óxidos quebram em contatos com superfícies metálicas lisas .Umedecimento reativo resulta em baixos ângulos de contato e bom umedecimento da maioria dos substratos metálicos33,34,35.
Até o momento, muitos estudos foram realizados sobre o uso das propriedades favoráveis ​​de umedecimento reativo do GaLM com metais para formar um padrão GaLM.Por exemplo, o GaLM foi aplicado a trilhas de metal sólido padronizadas por espalhamento, laminação, pulverização ou mascaramento de sombra . A umectação seletiva do GaLM em metais duros permite que o GaLM forme padrões estáveis ​​​​e bem definidos.No entanto, a alta tensão superficial do GaLM dificulta a formação de filmes finos altamente uniformes, mesmo em substratos metálicos.Para resolver esta questão, Lacour et al.relataram um método para produzir filmes finos de GaLM lisos e planos em grandes áreas, evaporando gálio puro em substratos microestruturados revestidos de ouro .Este método requer deposição a vácuo, que é muito lenta.Além disso, o GaLM geralmente não é permitido para tais dispositivos devido à possível fragilização40.A evaporação também deposita o material no substrato, portanto é necessário um padrão para criar o padrão.Estamos procurando uma maneira de criar filmes e padrões suaves de GaLM, projetando características topográficas de metal que o GaLM molha espontânea e seletivamente na ausência de óxidos naturais.Aqui relatamos a umedecimento seletivo espontâneo de EGaIn livre de óxido (GaLM típico) usando o comportamento único de umedecimento em substratos metálicos estruturados fotolitograficamente.Criamos estruturas de superfície definidas fotolitograficamente em nível micro para estudar a embebição, controlando assim a umectação de metais líquidos livres de óxidos.As melhores propriedades de umedecimento do EGaIn em superfícies metálicas microestruturadas são explicadas pela análise numérica baseada no modelo de Wenzel e no processo de impregnação.Finalmente, demonstramos a deposição e padronização de grandes áreas de EGaIn através de autoabsorção, umedecimento espontâneo e seletivo em superfícies microestruturadas de deposição de metal.Eletrodos de tração e extensômetros incorporando estruturas EGaIn são apresentados como aplicações potenciais.
A absorção é o transporte capilar no qual o líquido invade a superfície texturizada 41, o que facilita o espalhamento do líquido.Nós investigamos o comportamento de umedecimento do EGaIn em superfícies microestruturadas metálicas depositadas em vapor de HCl (Fig. 1).O cobre foi escolhido como metal para a superfície subjacente. Em superfícies planas de cobre, o EGaIn apresentou um baixo ângulo de contato <20° na presença de vapor de HCl, devido ao umedecimento reativo (Fig. Complementar 1). Em superfícies planas de cobre, o EGaIn apresentou um baixo ângulo de contato <20° na presença de vapor de HCl, devido ao umedecimento reativo (Fig. Complementar 1). На плоских медных поверхностях EGaIn показал низкий краевой угол <20 ° в присутствии паров HCl из-за реактивного ивания31 (configuração 1). Em superfícies planas de cobre, o EGaIn apresentou um ângulo de contato baixo <20° na presença de vapor de HCl devido ao umedecimento reativo (Figura 1 suplementar).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° 的低接触角31（补充图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 демонстрирует низкие краевые углы <20 ° в присутствии паров HCl из-за реактивного с Máquina (configuração 1). Em superfícies planas de cobre, o EGaIn exibe ângulos de contato baixos <20° na presença de vapor de HCl devido ao umedecimento reativo (Figura 1 suplementar).Medimos os ângulos de contato próximos do EGaIn em cobre a granel e em filmes de cobre depositados em polidimetilsiloxano (PDMS).
a Microestruturas colunares (D (diâmetro) = l (distância) = 25 µm, d (distância entre colunas) = ​​50 µm, H (altura) = 25 µm) e piramidais (largura = 25 µm, altura = 18 µm) em Cu /Substratos PDMS.b Mudanças dependentes do tempo no ângulo de contato em substratos planos (sem microestruturas) e matrizes de pilares e pirâmides contendo PDMS revestido de cobre.c, d Registro de intervalo de (c) vista lateral e (d) vista superior do molhamento de EGaIn na superfície com pilares na presença de vapor de HCl.
Para avaliar o efeito da topografia na umectação, foram preparados substratos de PDMS com padrão colunar e piramidal, sobre os quais foi depositado cobre com uma camada adesiva de titânio (Fig. 1a).Foi demonstrado que a superfície microestruturada do substrato PDMS foi revestida conformalmente com cobre (Figura 2 suplementar).Os ângulos de contato dependentes do tempo de EGaIn em PDMS padronizados e planares com pulverização de cobre (Cu / PDMS) são mostrados nas Figs.1b.O ângulo de contato do EGaIn em cobre/PDMS padronizado cai para 0° em ~1 min.A umectação melhorada das microestruturas EGaIn pode ser explorada pela equação de Wenzel\({{{{\rm{cos}}}}}}\,{\theta}_{{rough}}=r\,{{ { {{ \rm{ cos}}}}}}\,{\theta}_{0}\), onde \({\theta}_{{áspero}}\) representa o ângulo de contato da superfície rugosa, \ (r \) Rugosidade da superfície (= área real/área aparente) e ângulo de contato no plano \({\theta}_{0}\).Os resultados de umedecimento aprimorado de EGaIn nas superfícies padronizadas estão em boa concordância com o modelo de Wenzel, uma vez que os valores de r para as superfícies traseiras e com padrão piramidal são 1,78 e 1,73, respectivamente.Isto também significa que uma gota de EGaIn localizada em uma superfície padronizada penetrará nas ranhuras do relevo subjacente.É importante notar que neste caso são formados filmes planos muito uniformes, em contraste com o caso do EGaIn em superfícies não estruturadas (Figura 1 suplementar).
Da fig.1c, d (Filme Suplementar 1) pode-se observar que após 30 s, conforme o ângulo de contato aparente se aproxima de 0°, EGaIn começa a se difundir ainda mais longe da borda da gota, o que é causado pela absorção (Filme Suplementar 2 e Suplemento Figura 3).Estudos anteriores de superfícies planas associaram a escala de tempo da molhagem reativa com a transição da molhagem inercial para a viscosa.O tamanho do terreno é um dos fatores-chave para determinar se ocorre autoescorvamento.Ao comparar a energia superficial antes e depois da embebição do ponto de vista termodinâmico, o ângulo de contato crítico \({\theta}_{c}\)de embebição foi derivado (ver Discussão Suplementar para detalhes).O resultado \({\theta}_{c}\) é definido como \({{{({\rm{cos))))))\,{\theta}_{c}=(1-{\ phi } _{S})/(r-{\phi}_{S})\) onde \({\phi}_{s}\) representa a área fracionária no topo do post e \(r\ ) representa a rugosidade da superfície. A embebição pode ocorrer quando \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), ou seja, o ângulo de contato em uma superfície plana. A embebição pode ocorrer quando \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), ou seja, o ângulo de contato em uma superfície plana. Впитывание может происходить, когда \ ({\ theta } _ {c} \) > \ ({\ theta } _ {0} \), т.e.entre em contato com você no local de trabalho. A absorção pode ocorrer quando \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), ou seja, o ângulo de contato em uma superfície plana.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. A sucção ocorre quando \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), ângulo de contato no plano.Para superfícies pós-padronizadas, \(r\) e \({\phi}_{s}\) são calculados como \(1+\{(2\pi {RH})/{d}^{2} \ } \ ) e \(\pi {R}^{2}/{d}^{2}\), onde \(R\) representa o raio da coluna, \(H\) representa a altura da coluna e \ ( d\) é a distância entre os centros de dois pilares (Fig. 1a).Para a superfície pós-estruturada da fig.1a, o ângulo \({\theta}_{c}\) é 60°, que é maior que o plano \({\theta}_{0}\) (~25° ) no vapor de HCl EGaIn livre de óxido em Cu/PDMS.Portanto, as gotículas de EGaIn podem facilmente invadir a superfície estruturada de deposição de cobre na Fig. 1a devido à absorção.
Para investigar o efeito do tamanho topográfico do padrão no umedecimento e absorção do EGaIn, variamos o tamanho dos pilares revestidos de cobre.Na fig.2 mostra os ângulos de contato e absorção de EGaIn nesses substratos.A distância l entre as colunas é igual ao diâmetro das colunas D e varia de 25 a 200 μm.A altura de 25 µm é constante para todas as colunas.\({\theta}_{c}\) diminui com o aumento do tamanho da coluna (Tabela 1), o que significa que a absorção é menos provável em substratos com colunas maiores.Para todos os tamanhos testados, \({\theta}_{c}\) é maior que \({\theta}_{0}\) e a absorção é esperada.No entanto, a absorção raramente é observada para superfícies pós-padronizadas com le D 200 µm (Fig. 2e).
um ângulo de contato dependente do tempo de EGaIn em uma superfície de Cu/PDMS com colunas de diferentes tamanhos após exposição ao vapor de HCl.b–e Vistas superior e lateral da molhagem EGaIn.b D = l = 25 µm, r = 1,78.em D = l = 50 μm, r = 1,39.dD = l = 100 µm, r = 1,20.eD = l = 200 µm, r = 1,10.Todos os postes têm altura de 25 µm.Estas imagens foram tiradas pelo menos 15 minutos após a exposição ao vapor de HCl.As gotículas no EGaIn são água resultante da reação entre o óxido de gálio e o vapor de HCl.Todas as barras de escala em (b – e) são 2 mm.
Outro critério para determinar a probabilidade de absorção de líquido é a fixação do líquido na superfície após a aplicação do padrão.Kurbin et al.Foi relatado que quando (1) os postes são suficientemente altos, as gotículas serão absorvidas pela superfície padronizada;(2) a distância entre as colunas é bastante pequena;e (3) o ângulo de contato do líquido na superfície é suficientemente pequeno42.Numericamente \({\theta}_{0}\) do fluido em um plano contendo o mesmo material de substrato deve ser menor que o ângulo de contato crítico para fixação, \({\theta}_{c,{pin)) } \ ), para absorção sem fixação entre postagens, onde \({\theta}_{c,{pin}}={{{{{\rm{arctan}}}}}}(H/\big \{ ( \ sqrt {2}-1)l\big\})\) (veja discussão adicional para detalhes).O valor de \({\theta}_{c,{pin}}\) depende do tamanho do pino (Tabela 1).Determine o parâmetro adimensional L = l/H para julgar se a absorção ocorre.Para absorção, L deve ser menor que o limite padrão, \({L}_{c}\) = 1/\(\big\{\big(\sqrt{2}-1\big){{\tan} } { \ theta}_{{0}}\large\}\).Para EGaIn \(({\theta}_{0}={25}^{\circ})\) em um substrato de cobre \({L}_{c}\) é 5,2.Como a coluna L de 200 μm é 8, que é maior que o valor de \({L}_{c}\), a absorção de EGaIn não ocorre.Para testar ainda mais o efeito da geometria, observamos autoescorvamento de vários H e l (Figura 5 Complementar e Tabela Suplementar 1).Os resultados concordam bem com nossos cálculos.Assim, L acaba por ser um preditor eficaz de absorção;o metal líquido para de absorver devido à fixação quando a distância entre os pilares é relativamente grande em comparação com a altura dos pilares.
A molhabilidade pode ser determinada com base na composição da superfície do substrato.Investigamos o efeito da composição da superfície na umectação e absorção de EGaIn através da codeposição de Si e Cu em pilares e planos (Figura 6 suplementar).O ângulo de contato EGaIn diminui de ~160° para ~80° à medida que a superfície binária Si/Cu aumenta de 0 a 75% com um teor de cobre plano.Para uma superfície de 75% Cu/25% Si, \({\theta}_{0}\) é ~80°, o que corresponde a \({L}_{c}\) igual a 0,43 de acordo com a definição acima .Como as colunas l = H = 25 μm com L igual a 1 maior que o limite \({L}_{c}\), a superfície de 75% Cu/25% Si após a padronização não absorve devido à imobilização.Como o ângulo de contato do EGaIn aumenta com a adição de Si, é necessário maior H ou menor l para superar a fixação e a impregnação.Portanto, como o ângulo de contato (ou seja, \({\theta}_{0}\)) depende da composição química da superfície, ele também pode determinar se ocorre embebição na microestrutura.
A absorção de EGaIn em cobre/PDMS padronizado pode molhar o metal líquido em padrões úteis.A fim de avaliar o número mínimo de linhas de coluna que causam embebição, as propriedades de umectação do EGaIn foram observadas em Cu / PDMS com linhas pós-padrão contendo diferentes números de linhas de coluna de 1 a 101 (Fig. 3).A umectação ocorre principalmente na região pós-padronização.A absorção do EGaIn foi observada de forma confiável e o comprimento da absorção aumentou com o número de linhas de colunas.A absorção quase nunca ocorre quando há postagens com duas ou menos linhas.Isto pode ser devido ao aumento da pressão capilar.Para que a absorção ocorra em um padrão colunar, a pressão capilar causada pela curvatura da cabeça EGaIn deve ser superada (Fig. Complementar 7).Assumindo um raio de curvatura de 12,5 µm para uma cabeça EGaIn de linha única com um padrão colunar, a pressão capilar é de ~0,98 atm (~740 Torr).Esta alta pressão de Laplace pode prevenir o molhamento causado pela absorção de EGaIn.Além disso, menos linhas de colunas podem reduzir a força de absorção devida à ação capilar entre EGaIn e colunas.
a Gotas de EGaIn em Cu/PDMS estruturado com padrões de diferentes larguras (w) no ar (antes da exposição ao vapor de HCl).Fileiras de racks começando do topo: 101 (w = 5025 μm), 51 (w = 2525 μm), 21 (w = 1025 μm) e 11 (w = 525 μm).b Umedecimento direcional de EGaIn em (a) após exposição ao vapor de HCl por 10 min.c, d Umedecimento de EGaIn em Cu/PDMS com estruturas colunares (c) duas linhas (w = 75 μm) e (d) uma linha (w = 25 μm).Estas imagens foram tiradas 10 minutos após a exposição ao vapor de HCl.As barras de escala em (a, b) e (c, d) são 5 mm e 200 µm, respectivamente.As setas em (c) indicam a curvatura da cabeça EGaIn devido à absorção.
A absorção de EGaIn em Cu / PDMS pós-padronizado permite que EGaIn seja formado por umedecimento seletivo (Fig. 4).Quando uma gota de EGaIn é colocada em uma área padronizada e exposta ao vapor de HCl, a gota de EGaIn colapsa primeiro, formando um pequeno ângulo de contato à medida que o ácido remove a incrustação.Posteriormente, a absorção começa na borda da gota.A padronização de grandes áreas pode ser obtida a partir do EGaIn em escala centimétrica (Fig. 4a, c).Como a absorção ocorre apenas na superfície topográfica, o EGaIn molha apenas a área do padrão e quase para de molhar quando atinge uma superfície plana.Consequentemente, são observados limites nítidos dos padrões EGaIn (Fig. 4d, e).Na fig.4b mostra como o EGaIn invade a região não estruturada, especialmente ao redor do local onde a gota de EGaIn foi originalmente colocada.Isso ocorreu porque o menor diâmetro das gotículas de EGaIn utilizadas neste estudo excedeu a largura das letras padronizadas.Gotas de EGaIn foram colocadas no local do padrão por injeção manual através de agulha e seringa 27-G, resultando em gotas com tamanho mínimo de 1 mm.Este problema pode ser resolvido usando gotas menores de EGaIn.No geral, a Figura 4 demonstra que o umedecimento espontâneo do EGaIn pode ser induzido e direcionado para superfícies microestruturadas.Comparado ao trabalho anterior, este processo de umedecimento é relativamente rápido e nenhuma força externa é necessária para atingir o umedecimento completo (Tabela Suplementar 2).
emblema da universidade, as letras b, c em forma de raio.A região absorvente é coberta por um conjunto de colunas com D = l = 25 µm.d, imagens ampliadas das costelas em e (c).As barras de escala em (a – c) e (d, e) são 5 mm e 500 µm, respectivamente.Em (c – e), pequenas gotículas na superfície após a adsorção se transformam em água como resultado da reação entre o óxido de gálio e o vapor de HCl.Não foi observado efeito significativo da formação de água no umedecimento.A água é facilmente removida através de um simples processo de secagem.
Devido à natureza líquida do EGaIn, o Cu/PDMS revestido com EGaIn (EGaIn/Cu/PDMS) pode ser usado para eletrodos flexíveis e extensíveis.A Figura 5a compara as alterações de resistência do Cu/PDMS original e EGaIn/Cu/PDMS sob diferentes cargas.A resistência do Cu/PDMS aumenta acentuadamente na tensão, enquanto a resistência do EGaIn/Cu/PDMS permanece baixa na tensão.Na fig.5b e d mostram imagens SEM e dados EMF correspondentes de Cu/PDMS bruto e EGaIn/Cu/PDMS antes e depois da aplicação de tensão.Para Cu/PDMS intacto, a deformação pode causar rachaduras no filme duro de Cu depositado no PDMS devido à incompatibilidade de elasticidade.Em contraste, para EGaIn/Cu/PDMS, o EGaIn ainda reveste bem o substrato Cu/PDMS e mantém a continuidade elétrica sem quaisquer rachaduras ou deformação significativa mesmo após a aplicação de tensão.Os dados de EDS confirmaram que o gálio e o índio do EGaIn foram distribuídos uniformemente no substrato Cu/PDMS.Vale ressaltar que a espessura do filme EGaIn é a mesma e comparável à altura dos pilares. Isto também é confirmado por análises topográficas adicionais, onde a diferença relativa entre a espessura do filme EGaIn e a altura do poste é <10% (Figura 8 Complementar e Tabela 3). Isto também é confirmado por análises topográficas adicionais, onde a diferença relativa entre a espessura do filme EGaIn e a altura do poste é <10% (Figura 8 Complementar e Tabela 3). Isso também pode ser feito através da análise topográfica, para que você possa obter mais informações EGaIn e seu valor de armazenamento são <10% (risos 8 e tabela 3). Isto também é confirmado por análises topográficas adicionais, onde a diferença relativa entre a espessura do filme EGaIn e a altura da coluna é <10% (Figura 8 Complementar e Tabela 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对差异<10%（补充图8 3）。 <10% É isso que pode ser feito através da análise topográfica, para que você possa obter mais informações енки EGaIn и высотой столба составляла <10% (дополнительный рис. 8 e tabela 3). Isto também foi confirmado por análises topográficas adicionais, onde a diferença relativa entre a espessura do filme EGaIn e a altura da coluna foi <10% (Figura 8 Complementar e Tabela 3).Esta umectação baseada em embebição permite que a espessura dos revestimentos EGaIn seja bem controlada e mantida estável em grandes áreas, o que de outra forma seria um desafio devido à sua natureza líquida.As Figuras 5c e e comparam a condutividade e resistência à deformação do Cu/PDMS original e EGaIn/Cu/PDMS.Na demonstração, o LED acendeu quando conectado a eletrodos de Cu/PDMS ou EGaIn/Cu/PDMS não tocados.Quando o Cu/PDMS intacto é esticado, o LED apaga.No entanto, os eletrodos EGaIn/Cu/PDMS permaneceram eletricamente conectados mesmo sob carga, e a luz do LED diminuiu apenas ligeiramente devido ao aumento da resistência do eletrodo.
a A resistência normalizada muda com o aumento da carga em Cu/PDMS e EGaIn/Cu/PDMS.b, d Imagens SEM e análise de espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) antes (superior) e depois (inferior) dos polidiplexos carregados em (b) Cu/PDMS e (d) EGaIn/Cu/metilsiloxano.c, e LEDs ligados a (c) Cu/PDMS e (e) EGaIn/Cu/PDMS antes (superior) e depois (inferior) do alongamento (~30% de estresse).A barra de escala em (b) e (d) é 50 µm.
Na fig.6a mostra a resistência de EGaIn/Cu/PDMS em função da deformação de 0% a 70%.O aumento e a recuperação da resistência são proporcionais à deformação, o que está de acordo com a lei de Pouillet para materiais incompressíveis (R/R0 = (1 + ε)2), onde R é a resistência, R0 é a resistência inicial, ε é a deformação 43. Outros estudos demonstraram que, quando esticadas, as partículas sólidas em meio líquido podem se reorganizar e tornar-se distribuídas de maneira mais uniforme e com melhor coesão, reduzindo assim o aumento do arrasto 43, 44 . Neste trabalho, entretanto, o condutor é> 99% de metal líquido em volume, uma vez que os filmes de Cu têm apenas 100 nm de espessura. Neste trabalho, entretanto, o condutor é> 99% de metal líquido em volume, uma vez que os filmes de Cu têm apenas 100 nm de espessura. A quantidade necessária para este trabalho é maior que 99%, o metal é ideal para o máximo de 100 eu. Porém, neste trabalho, o condutor consiste em> 99% de metal líquido em volume, uma vez que os filmes de Cu têm apenas 100 nm de espessura.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（按体积计）。然而,在这项工作中,由于Cu 薄膜只有100 nm 厚,因此导体是>99%Porém, neste trabalho, como o filme de Cu tem apenas 100 nm de espessura, o condutor consiste em mais de 99% de metal líquido (em volume).Portanto, não esperamos que o Cu contribua significativamente para as propriedades eletromecânicas dos condutores.
a Alteração normalizada na resistência EGaIn/Cu/PDMS versus deformação na faixa de 0–70%.A tensão máxima atingida antes da falha do PDMS foi de 70% (Figura 9 suplementar).Os pontos vermelhos são valores teóricos previstos pela lei de Puet.b Teste de estabilidade de condutividade EGaIn/Cu/PDMS durante ciclos repetidos de estiramento-alongamento.Uma deformação de 30% foi usada no teste cíclico.A barra de escala na inserção é de 0,5 cm.L é o comprimento inicial de EGaIn/Cu/PDMS antes do alongamento.
O fator de medição (GF) expressa a sensibilidade do sensor e é definido como a razão entre a mudança na resistência e a mudança na deformação45.GF aumentou de 1,7 com deformação de 10% para 2,6 com deformação de 70% devido à mudança geométrica do metal.Comparado com outros extensômetros, o valor GF EGaIn/Cu/PDMS é moderado.Como sensor, embora seu GF possa não ser particularmente alto, o EGaIn/Cu/PDMS exibe alteração robusta de resistência em resposta a uma carga de baixa relação sinal-ruído.Para avaliar a estabilidade da condutividade do EGaIn/Cu/PDMS, a resistência elétrica foi monitorada durante ciclos repetidos de estiramento-alongamento a 30% de deformação.Como mostrado na fig.6b, após 4.000 ciclos de alongamento, o valor de resistência permaneceu dentro de 10%, o que pode ser devido à formação contínua de incrustações durante repetidos ciclos de alongamento46.Assim, a estabilidade elétrica a longo prazo do EGaIn/Cu/PDMS como eletrodo extensível e a confiabilidade do sinal como extensômetro foram confirmadas.
Neste artigo, discutimos as propriedades aprimoradas de umedecimento do GaLM em superfícies metálicas microestruturadas causadas por infiltração.A molhagem completa espontânea do EGaIn foi alcançada em superfícies metálicas colunares e piramidais na presença de vapor de HCl.Isto pode ser explicado numericamente com base no modelo de Wenzel e no processo de absorção, que mostra o tamanho da pós-microestrutura necessária para a umectação induzida pela absorção.A umectação espontânea e seletiva do EGaIn, guiada por uma superfície metálica microestruturada, permite aplicar revestimentos uniformes em grandes áreas e formar padrões de metal líquido.Os substratos de Cu/PDMS revestidos com EGaIn retêm conexões elétricas mesmo quando esticados e após repetidos ciclos de alongamento, conforme confirmado por SEM, EDS e medições de resistência elétrica.Além disso, a resistência elétrica do Cu/PDMS revestido com EGaIn muda de forma reversível e confiável em proporção à deformação aplicada, indicando sua aplicação potencial como sensor de deformação.As possíveis vantagens proporcionadas pelo princípio de umedecimento de metal líquido causado pela embebição são as seguintes: (1) O revestimento e padrão GaLM podem ser alcançados sem força externa;(2) A umectação do GaLM na superfície da microestrutura revestida de cobre é termodinâmica.o filme GaLM resultante é estável mesmo sob deformação;(3) alterar a altura da coluna revestida de cobre pode formar um filme GaLM com espessura controlada.Além disso, esta abordagem reduz a quantidade de GaLM necessária para formar o filme, pois os pilares ocupam parte do filme.Por exemplo, quando um conjunto de pilares com um diâmetro de 200 μm (com uma distância entre os pilares de 25 μm) é introduzido, o volume de GaLM necessário para a formação do filme (~9 μm3/μm2) é comparável ao volume do filme sem pilares.(25 µm3/µm2).Porém, neste caso, deve-se levar em conta que a resistência teórica, estimada segundo a lei de Puet, também aumenta nove vezes.No geral, as propriedades únicas de umedecimento dos metais líquidos discutidas neste artigo oferecem uma maneira eficiente de depositar metais líquidos em uma variedade de substratos para eletrônicos extensíveis e outras aplicações emergentes.
Os substratos PDMS foram preparados misturando a matriz Sylgard 184 (Dow Corning, EUA) e o endurecedor nas proporções de 10:1 e 15:1 para testes de tração, seguido de cura em estufa a 60°C.Cobre ou silício foram depositados em pastilhas de silício (Silicon Wafer, Namkang High Technology Co., Ltd., República da Coréia) e substratos PDMS com uma camada adesiva de titânio com 10 nm de espessura usando um sistema de pulverização catódica personalizado.Estruturas colunares e piramidais são depositadas em um substrato PDMS usando um processo fotolitográfico de pastilha de silício.A largura e a altura do padrão piramidal são 25 e 18 µm, respectivamente.A altura do padrão de barra foi fixada em 25 µm, 10 µm e 1 µm, e seu diâmetro e passo variaram de 25 a 200 µm.
O ângulo de contato do EGaIn (gálio 75,5%/índio 24,5%,> 99,99%, Sigma Aldrich, República da Coreia) foi medido utilizando um analisador em forma de gota (DSA100S, KRUSS, Alemanha). O ângulo de contato do EGaIn (gálio 75,5%/índio 24,5%,> 99,99%, Sigma Aldrich, República da Coreia) foi medido utilizando um analisador em forma de gota (DSA100S, KRUSS, Alemanha). Краевой угол EGaIn (Gаллий 75,5 %/индий 24,5 %, >99,99 %, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с помощью каплевидного анали porta (DSA100S, KRUSS, Alemanha). O ângulo da borda do EGaIn (gálio 75,5%/índio 24,5%,> 99,99%, Sigma Aldrich, República da Coreia) foi medido utilizando um analisador de gotas (DSA100S, KRUSS, Alemanha). 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，KRUSS，德国）测量。 EGaIn (gálio75,5%/índio24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, 大韩民国) foi medido usando um analisador de contato (DSA100S, KRUSS, Alemanha). Краевой угол EGaIn (Gаллий 75,5%/индий 24,5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Республика Корея) avaliado com informações de análise cabos (DSA100S, KRUSS, Alemanha). O ângulo da borda do EGaIn (gálio 75,5%/índio 24,5%,> 99,99%, Sigma Aldrich, República da Coreia) foi medido utilizando um analisador de forma (DSA100S, KRUSS, Alemanha).Coloque o substrato em uma câmara de vidro de 5 cm x 5 cm x 5 cm e coloque uma gota de 4–5 μl de EGaIn no substrato usando uma seringa de 0,5 mm de diâmetro.Para criar um meio de vapor de HCl, 20 μL de solução de HCl (37% em peso, Samchun Chemicals, República da Coreia) foram colocados próximos ao substrato, que foi evaporado o suficiente para encher a câmara em 10 s.
A superfície foi fotografada usando SEM (Tescan Vega 3, Tescan Korea, República da Coreia).EDS (Tescan Vega 3, Tescan Coreia, República da Coreia) foi utilizado para estudar análise e distribuição qualitativa elementar.A topografia da superfície EGaIn / Cu / PDMS foi analisada utilizando um perfilômetro óptico (The Profilm3D, Filmetrics, EUA).
Para investigar a mudança na condutividade elétrica durante os ciclos de alongamento, as amostras com e sem EGaIn foram fixadas no equipamento de alongamento (Bending & Stretchable Machine System, SnM, República da Coréia) e foram conectadas eletricamente a um medidor de fonte Keithley 2400. Para investigar a mudança na condutividade elétrica durante os ciclos de alongamento, as amostras com e sem EGaIn foram fixadas no equipamento de alongamento (Bending & Stretchable Machine System, SnM, República da Coréia) e foram conectadas eletricamente a um medidor de fonte Keithley 2400. Para a instalação de uma instalação elétrica em um período de tempo, os ciclos de operação são executados com EGaIn e não há necessidade de fazer isso орудовании для растяжения (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Республика Корея) e электрически подключали к измерителю источника Keithley 2400. Para estudar a mudança na condutividade elétrica durante os ciclos de alongamento, amostras com e sem EGaIn foram montadas em um equipamento de alongamento (Bending & Stretchable Machine System, SnM, República da Coréia) e conectadas eletricamente a um medidor de fonte Keithley 2400.Para estudar a mudança na condutividade elétrica durante os ciclos de alongamento, amostras com e sem EGaIn foram montadas em um dispositivo de alongamento (Bending and Stretching Machine Systems, SnM, República da Coréia) e conectadas eletricamente a um Keithley 2400 SourceMeter.Mede a mudança na resistência na faixa de 0% a 70% da deformação da amostra.Para o teste de estabilidade, a mudança na resistência foi medida em 4.000 ciclos de deformação de 30%.
Para obter mais informações sobre o desenho do estudo, consulte o resumo do estudo da Nature vinculado a este artigo.
Os dados que apoiam os resultados deste estudo são apresentados nos arquivos de Informações Suplementares e Dados Brutos.Este artigo fornece os dados originais.
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Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Rumo a circuitos de matéria totalmente mole: protótipos de dispositivos quase-líquidos com características de memristor. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD Rumo a circuitos totalmente de matéria mole: protótipos de dispositivos quase líquidos com características de memristor.Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD e Velev, OD Para circuitos compostos inteiramente de matéria mole: Protótipos de dispositivos quase líquidos com características de memristor. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD. Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD e Velev, ODKoo, HJ, So, JH, Dickey, MD e Velev, OD Rumo a Circuitos Toda Matéria Suave: Protótipos de Dispositivos Quase-Fluidos com Propriedades de Memristor.Alma mater avançada.23, 3559–3564 (2011).
Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Interruptores de metal líquido para eletrônicos ecologicamente responsivos. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK Interruptores de metal líquido para eletrônicos ecologicamente responsivos.Bilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Interruptores de metal líquido para eletrônicos ecologicamente corretos. Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY e Kramer, RK Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY e Kramer, RKBilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK Interruptores de metal líquido para eletrônicos ecologicamente corretos.Alma mater avançada.Interface 4, 1600913 (2017).
Assim, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Retificação de corrente iônica em diodos de matéria mole com eletrodos de metal líquido. Assim, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Retificação de corrente iônica em diodos de matéria mole com eletrodos de metal líquido. Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ионное выпрямление тока в диодах из мягкого материала com электродами ou жидкого металла. Assim, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Retificação de corrente iônica em diodos de material macio com eletrodos de metal líquido. Então, JH, Koo, HJ, Dickey, MD e Velev, OD 带液态金属电极的软物质二极管中的离子电流整流。 Então, JH, Koo, HJ, Dickey, MD e Velev, OD Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ионное выпрямление тока в диодах из мягкого материала com жидкометаллическими электродами. Assim, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Retificação de corrente iônica em diodos de material macio com eletrodos de metal líquido.Capacidades estendidas.alma mater.22, 625–631 (2012).
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