ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่มีการรองรับ CSS แบบจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพหมุนสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง หรือใช้ปุ่มแถบเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง
ที่นี่เราแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติการทำให้เปียกโดยการกระตุ้นโดยธรรมชาติและแบบเลือกสรรของโลหะผสมโลหะเหลวที่มีแกลเลียมบนพื้นผิวที่เป็นโลหะพร้อมคุณสมบัติภูมิประเทศด้วยกล้องจุลทรรศน์โลหะผสมเหลวที่มีแกลเลียมเป็นวัสดุที่น่าทึ่งและมีแรงตึงผิวมหาศาลดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะขึ้นรูปเป็นฟิล์มบางการทำให้โลหะผสมยูเทคติกของแกลเลียมและอินเดียมเปียกโดยสมบูรณ์ทำได้สำเร็จบนพื้นผิวทองแดงที่มีโครงสร้างจุลภาคโดยมีไอระเหยของ HCl ซึ่งกำจัดออกไซด์ตามธรรมชาติออกจากโลหะผสมของโลหะเหลวการเปียกนี้อธิบายเป็นตัวเลขตามแบบจำลอง Wenzel และกระบวนการออสโมซิส ซึ่งแสดงให้เห็นว่าขนาดโครงสร้างจุลภาคมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเปียกของโลหะเหลวที่เกิดจากการออสโมซิสอย่างมีประสิทธิภาพนอกจากนี้ เรายังแสดงให้เห็นว่าการทำให้โลหะเหลวเปียกตามธรรมชาติสามารถเลือกทิศทางตามบริเวณที่มีโครงสร้างจุลภาคบนพื้นผิวโลหะเพื่อสร้างลวดลายได้กระบวนการง่ายๆ นี้เคลือบและขึ้นรูปโลหะเหลวอย่างเท่าเทียมกันบนพื้นที่ขนาดใหญ่โดยไม่มีแรงภายนอกหรือการจัดการที่ซับซ้อนเราได้แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวที่มีลวดลายเป็นโลหะเหลวยังคงรักษาการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าไว้ แม้ว่าจะยืดออกและหลังจากการยืดซ้ำแล้วซ้ำอีก
โลหะผสมโลหะเหลวที่มีแกลเลียม (GaLM) ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติที่น่าสนใจ เช่น จุดหลอมเหลวต่ำ ค่าการนำไฟฟ้าสูง ความหนืดและการไหลต่ำ ความเป็นพิษต่ำ และความสามารถในการเปลี่ยนรูปสูง1,2แกลเลียมบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวประมาณ 30 °C และเมื่อหลอมละลายในองค์ประกอบยูเทคติกกับโลหะบางชนิด เช่น In และ Sn จุดหลอมเหลวจะต่ำกว่าอุณหภูมิห้องGaLM ที่สำคัญสองชนิดคือโลหะผสมยูเทคติกแกลเลียมอินเดียม (EGaIn, 75% Ga และ 25% In โดยน้ำหนัก, จุดหลอมเหลว: 15.5 °C) และโลหะผสมยูเทคติกแกลเลียมอินเดียมดีบุก (GaInSn หรือ galinstan, 68.5% Ga, 21.5% In และ 10 % ดีบุก จุดหลอมเหลว: ~11 °C)1.2เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าในเฟสของเหลว GaLM จึงถูกตรวจสอบอย่างจริงจังว่าเป็นทางเดินอิเล็กทรอนิกส์แบบแรงดึงหรือเปลี่ยนรูปได้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงเซ็นเซอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ 3,4,5,6,7,8,9 แบบอิเล็กทรอนิกส์ 3,4,5,6,7,8,9 แบบเครียดหรือแบบโค้ง 10, 11, 12 , 13, 14 และลีด 15, 16, 17 การประดิษฐ์อุปกรณ์ดังกล่าวโดยการสะสม การพิมพ์ และการสร้างลวดลายจาก GaLM ต้องอาศัยความรู้และการควบคุมคุณสมบัติการประสานของ GaLM และซับสเตรตที่อยู่ด้านล่างGaLM มีแรงตึงผิวสูง (624 mNm-1 สำหรับ EGaIn18,19 และ 534 mNm-1 สำหรับ Galinstan20,21) ซึ่งทำให้ยากต่อการจัดการหรือจัดการการก่อตัวของเปลือกแข็งของแกลเลียมออกไซด์ตามธรรมชาติบนพื้นผิว GaLM ภายใต้สภาวะแวดล้อมทำให้เกิดเปลือกที่ทำให้ GaLM คงตัวในรูปที่ไม่ใช่ทรงกลมคุณสมบัตินี้ช่วยให้สามารถพิมพ์ GaLM ฝังลงในไมโครแชนเนล และสร้างลวดลายด้วยความเสถียรของอินเทอร์เฟซที่เกิดจากออกไซด์19,22,23,24,25,26,27เปลือกฮาร์ดออกไซด์ยังช่วยให้ GaLM ยึดติดกับพื้นผิวเรียบส่วนใหญ่ได้ แต่ป้องกันไม่ให้โลหะที่มีความหนืดต่ำไหลได้อย่างอิสระการแพร่กระจายของ GaLM บนพื้นผิวส่วนใหญ่ต้องใช้แรงในการแตกเปลือกออกไซด์28,29
เปลือกออกไซด์สามารถกำจัดออกได้โดยใช้กรดหรือเบสแก่ เป็นต้นในกรณีที่ไม่มีออกไซด์ GaLM จะตกลงบนพื้นผิวเกือบทั้งหมดเนื่องจากมีแรงตึงผิวสูง แต่มีข้อยกเว้นอยู่: GaLM ทำให้พื้นผิวโลหะเปียกGa สร้างพันธะโลหะกับโลหะอื่น ๆ ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "การเปียกปฏิกิริยา"30,31,32การทำให้เปียกที่เกิดปฏิกิริยานี้มักจะได้รับการตรวจสอบในกรณีที่ไม่มีออกไซด์ของพื้นผิวเพื่อช่วยให้สัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะได้ง่ายอย่างไรก็ตามถึงแม้จะมีออกไซด์ดั้งเดิมใน GaLM แต่ก็มีรายงานว่าหน้าสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะเกิดขึ้นเมื่อออกไซด์แตกเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวโลหะเรียบการทำปฏิกิริยาเปียกส่งผลให้มุมสัมผัสต่ำและทำให้พื้นผิวโลหะส่วนใหญ่เปียกได้ดี33,34,35
จนถึงปัจจุบัน มีการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับการใช้คุณสมบัติที่ดีของการทำให้ GaLM เปียกด้วยปฏิกิริยากับโลหะเพื่อสร้างรูปแบบ GaLMตัวอย่างเช่น GaLM ถูกนำไปใช้กับรางโลหะแข็งที่มีลวดลายโดยการทา กลิ้ง พ่น หรือปิดบังเงา34, 35, 36, 37, 38 การเลือกให้ GaLM เปียกบนโลหะแข็งทำให้ GaLM สามารถสร้างรูปแบบที่มั่นคงและมีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนอย่างไรก็ตาม แรงตึงผิวสูงของ GaLM ขัดขวางการก่อตัวของฟิล์มบางที่มีความสม่ำเสมอสูงแม้บนพื้นผิวที่เป็นโลหะเพื่อแก้ไขปัญหานี้ Lacour และคณะรายงานวิธีการผลิตฟิล์มบาง GaLM ที่เรียบและแบนบนพื้นที่ขนาดใหญ่โดยการระเหยแกลเลียมบริสุทธิ์ลงบนพื้นผิวที่มีโครงสร้างจุลภาคเคลือบทองวิธีนี้ต้องใช้การสะสมของสุญญากาศซึ่งช้ามากนอกจากนี้ โดยทั่วไปไม่อนุญาตให้ใช้ GaLM สำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวเนื่องจากการเปราะ40การระเหยยังสะสมวัสดุไว้บนพื้นผิว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีลวดลายเพื่อสร้างลวดลายเรากำลังมองหาวิธีสร้างฟิล์มและลวดลาย GaLM ที่ราบรื่นโดยการออกแบบคุณลักษณะของโลหะภูมิประเทศที่ GaLM เปียกตามธรรมชาติและเลือกสรรในกรณีที่ไม่มีออกไซด์ตามธรรมชาติที่นี่เรารายงานการเลือกการทำให้เปียกโดยธรรมชาติของ EGaIn ที่ปราศจากออกไซด์ (GaLM ทั่วไป) โดยใช้พฤติกรรมการเปียกที่เป็นเอกลักษณ์บนพื้นผิวโลหะที่มีโครงสร้างด้วยแสงเราสร้างโครงสร้างพื้นผิวที่กำหนดโดยการพิมพ์ด้วยแสงด้วยแสงในระดับจุลภาคเพื่อศึกษาการดูดซับ ซึ่งจะเป็นการควบคุมการทำให้เปียกของโลหะเหลวที่ปราศจากออกไซด์คุณสมบัติการทำให้เปียกที่ได้รับการปรับปรุงของ EGaIn บนพื้นผิวโลหะที่มีโครงสร้างระดับจุลภาคนั้นอธิบายได้โดยการวิเคราะห์เชิงตัวเลขตามแบบจำลอง Wenzel และกระบวนการชุบในที่สุด เราแสดงให้เห็นถึงการทับถมพื้นที่ขนาดใหญ่และรูปแบบของ EGaIn ผ่านการดูดซับด้วยตนเอง การทำให้เปียกโดยธรรมชาติและเลือกสรรบนพื้นผิวการสะสมโลหะที่มีโครงสร้างจุลภาคอิเล็กโทรดแรงดึงและสเตรนเกจที่รวมโครงสร้าง EGaIn ไว้จะถูกนำเสนอเป็นการใช้งานที่มีศักยภาพ
การดูดซึมคือการขนส่งของเส้นเลือดฝอยโดยที่ของเหลวบุกรุกพื้นผิวที่มีพื้นผิว 41 ซึ่งเอื้อต่อการแพร่กระจายของของเหลวเราตรวจสอบพฤติกรรมการเปียกของ EGaIn บนพื้นผิวที่มีโครงสร้างจุลภาคของโลหะที่สะสมอยู่ในไอ HCl (รูปที่ 1)ทองแดงถูกเลือกให้เป็นโลหะสำหรับพื้นผิวด้านล่าง บนพื้นผิวทองแดงเรียบ EGaIn แสดงมุมสัมผัสต่ำที่ <20° เมื่อมีไอ HCl เนื่องจากการเปียกของปฏิกิริยา (รูปที่ 1 เพิ่มเติม) บนพื้นผิวทองแดงเรียบ EGaIn แสดงมุมสัมผัสต่ำที่ <20° เมื่อมีไอ HCl เนื่องจากการเปียกของปฏิกิริยา (รูปที่ 1 เพิ่มเติม) На плоских медных поверхностях EGaIn показал низкий краевой угол <20 ° в присутствии паров HCl из-за реактивного смачивания31 (доп олнительный рисунок 1). บนพื้นผิวทองแดงเรียบ EGaIn แสดงมุมสัมผัสต่ำ <20° เมื่อมีไอ HCl เนื่องจากการเปียกปฏิกิริยา (รูปที่ 1 เพิ่มเติม)在平坦的铜表เลดี้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image1）。在平坦的铜表上上，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 смачивания (дополнительный рисунок 1). บนพื้นผิวทองแดงเรียบ EGaIn แสดงมุมสัมผัสต่ำ <20° เมื่อมีไอ HCl เนื่องจากการเปียกปฏิกิริยา (รูปที่ 1 เพิ่มเติม)เราวัดมุมสัมผัสใกล้ชิดของ EGaIn บนทองแดงจำนวนมากและบนฟิล์มทองแดงที่สะสมบนโพลีไดเมทิลไซลอกเซน (PDMS)
a เรียงเป็นแนว (D (เส้นผ่านศูนย์กลาง) = l (ระยะทาง) = 25 µm, d (ระยะห่างระหว่างคอลัมน์) = 50 µm, H (สูง) = 25 µm) และพีระมิด (กว้าง = 25 µm, ความสูง = 18 µm) โครงสร้างจุลภาคบน Cu /PDMS ซับสเตรตb การเปลี่ยนแปลงมุมสัมผัสบนพื้นผิวเรียบ (ไม่มีโครงสร้างจุลภาค) ขึ้นอยู่กับเวลา และอาร์เรย์ของเสาและปิรามิดที่มี PDMS เคลือบทองแดงc, d การบันทึกช่วงเวลาของ (c) มุมมองด้านข้างและ (d) มุมมองด้านบนของ EGaIn ทำให้เปียกบนพื้นผิวด้วยเสาเมื่อมีไอ HCl
เพื่อประเมินผลกระทบของภูมิประเทศที่มีต่อการทำให้เปียก ได้มีการเตรียมพื้นผิว PDMS ที่มีรูปแบบเรียงเป็นแนวและเสี้ยม โดยที่ทองแดงถูกทับด้วยชั้นกาวไทเทเนียม (รูปที่ 1a)แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวโครงสร้างจุลภาคของสารตั้งต้น PDMS นั้นถูกเคลือบด้วยทองแดงตามรูปแบบ (รูปที่ 2 เพิ่มเติม)มุมสัมผัสที่ขึ้นกับเวลาของ EGaIn บน PDMS ที่มีทองแดงสปัตเตอร์ที่มีลวดลายและระนาบ (Cu/PDMS) ถูกแสดงไว้ในรูปที่1ข.มุมสัมผัสของ EGaIn บนทองแดงที่มีลวดลาย/PDMS ลดลงเหลือ 0° ภายใน ~1 นาทีการเปียกที่ได้รับการปรับปรุงของโครงสร้างจุลภาค EGaIn สามารถใช้ประโยชน์ได้โดยสมการเวนเซล\({{{\rm{cos}}}}}}\,{\theta__{{rough}}=r\,{{ { {{ \rm{ cos}}}}}}\,{\theta__{0}\) โดยที่ \({\theta__{{rough}}\) แทนมุมสัมผัสของพื้นผิวขรุขระ \ (r \) ความหยาบของพื้นผิว (= พื้นที่จริง/พื้นที่ปรากฏ) และมุมสัมผัสบนระนาบ \({\theta__{0}\)ผลลัพธ์ของการเปียกที่เพิ่มขึ้นของ EGaIn บนพื้นผิวที่มีลวดลายเป็นไปตามข้อตกลงที่ดีกับแบบจำลอง Wenzel เนื่องจากค่า r สำหรับพื้นผิวด้านหลังและพื้นผิวที่มีลวดลายเสี้ยมคือ 1.78 และ 1.73 ตามลำดับนอกจากนี้ยังหมายความว่า EGaIn หยดที่อยู่บนพื้นผิวที่มีลวดลายจะทะลุเข้าไปในร่องของส่วนนูนที่อยู่ด้านล่างสิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าในกรณีนี้ฟิล์มแบนที่สม่ำเสมอมากจะเกิดขึ้น ตรงกันข้ามกับกรณีที่มี EGaIn บนพื้นผิวที่ไม่มีโครงสร้าง (รูปที่ 1 เพิ่มเติม)
จากรูปที่1c, d (ภาพยนตร์เสริม 1) จะเห็นได้ว่าหลังจากผ่านไป 30 วินาที เมื่อมุมสัมผัสที่ชัดเจนเข้าใกล้ 0° EGaIn จะเริ่มกระจายออกไปจากขอบของหยด ซึ่งเกิดจากการดูดซับ (ภาพยนตร์เสริม 2 และภาพยนตร์เสริม รูปที่ 3)การศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับพื้นผิวเรียบได้เชื่อมโยงช่วงเวลาของการเปียกแบบปฏิกิริยากับการเปลี่ยนจากการเปียกแบบเฉื่อยเป็นการเปียกแบบหนืดขนาดของภูมิประเทศเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งในการพิจารณาว่าการรองพื้นจะเกิดขึ้นหรือไม่โดยการเปรียบเทียบพลังงานพื้นผิวก่อนและหลังการดูดซับจากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ จะได้มุมสัมผัสวิกฤต \({\theta__{c}\) ของการดูดซับ (ดูการสนทนาเพิ่มเติมสำหรับรายละเอียด)ผลลัพธ์ \({\theta__{c}\) ถูกกำหนดเป็น \({{{({\rm{cos))))))\,{\theta__{c}=(1-{\ phi } _{S})/(r-{\phi_{S})\) โดยที่ \({\phi__{s}\) แทนพื้นที่เศษส่วนที่ด้านบนของโพสต์และ \(r\ ) แสดงถึงความหยาบของพื้นผิว ความนึกคิดสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อ \({\theta __{c}\) > \({\theta __{0}\) กล่าวคือ มุมสัมผัสบนพื้นผิวเรียบ ความนึกคิดสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อ \({\theta __{c}\) > \({\theta __{0}\) กล่าวคือ มุมสัมผัสบนพื้นผิวเรียบ Впитывание происходить, когда \ ({\ theta } _ {c} \) > \ ({\ theta } _ {0} \), т.อี.контактный угол на плоской поверхности. การดูดซึมสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อ \({\theta __{c}\) > \({\theta __{0}\) กล่าวคือ มุมสัมผัสบนพื้นผิวเรียบ当\({\theta __{c}\) > \({\theta __{0}\),即平เลดี้上的接触角时，会发生吸吸。当\({\theta __{c}\) > \({\theta __{0}\),即平เลดี้上的接触角时，会发生吸吸。 Всасывание происходит, когда \ ({\ theta} _ {c} \) > \ ({\ theta} _ {0} \), контактный угол на плоскости. การดูดจะเกิดขึ้นเมื่อ \({\theta __{c}\) > \({\theta __{0}\) มุมสัมผัสกันบนเครื่องบินสำหรับพื้นผิวที่มีลวดลายหลัง \(r\) และ \({\phi__{s}\) คำนวณเป็น \(1+\{(2\pi {RH})/{d}^{2} \ } \ ) และ \(\pi {R}^{2}/{d}^{2}\) โดยที่ \(R\) แทนรัศมีคอลัมน์ \(H\) แทนความสูงของคอลัมน์ และ \ ( d\) คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของเสาสองต้น (รูปที่ 1a)สำหรับพื้นผิวหลังโครงสร้างในรูป1a มุม \({\theta__{c}\) คือ 60° ซึ่งใหญ่กว่าระนาบ \({\theta__{0}\) (~25° ) ใน EGaIn ปราศจากไอ HCl ไอออกไซด์ บน Cu/PDMSดังนั้นหยด EGaIn จึงสามารถบุกรุกพื้นผิวการสะสมของทองแดงที่มีโครงสร้างในรูปที่ 1a ได้อย่างง่ายดายเนื่องจากการดูดซับ
เพื่อตรวจสอบผลกระทบของขนาดภูมิประเทศของรูปแบบต่อการเปียกและการดูดซับของ EGaIn เราได้เปลี่ยนขนาดของเสาที่เคลือบด้วยทองแดงบนรูป2 แสดงมุมสัมผัสและการดูดซับของ EGaIn บนซับสเตรตเหล่านี้ระยะห่าง l ระหว่างคอลัมน์เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์ D และอยู่ในช่วง 25 ถึง 200 μmความสูง 25 µm เป็นค่าคงที่สำหรับทุกคอลัมน์\({\theta__{c}\) ลดลงเมื่อขนาดคอลัมน์เพิ่มขึ้น (ตารางที่ 1) ซึ่งหมายความว่าการดูดซับมีโอกาสน้อยบนพื้นผิวที่มีคอลัมน์ขนาดใหญ่สำหรับทุกขนาดที่ทดสอบ \({\theta__{c}\) มากกว่า \({\theta__{0}\) และคาดว่าจะมีการดูดฝุ่นอย่างไรก็ตาม การดูดซับจะไม่ค่อยสังเกตพบสำหรับพื้นผิวที่มีลวดลายหลังด้วย l และ D 200 µm (รูปที่ 2e)
มุมสัมผัสที่ขึ้นกับเวลาของ EGaIn บนพื้นผิว Cu/PDMS ที่มีคอลัมน์ขนาดต่างกันหลังจากการสัมผัสกับไอ HClb–e มุมมองด้านบนและด้านข้างของการเปียกของ EGaInข ง = ล = 25 ไมโครเมตร, r = 1.78ใน D = l = 50 μm, r = 1.39dD = l = 100 µm, r = 1.20eD = l = 200 µm, r = 1.10โพสต์ทั้งหมดมีความสูง 25 µmภาพเหล่านี้ถ่ายอย่างน้อย 15 นาทีหลังจากได้รับไอ HClหยดบน EGaIn คือน้ำที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างแกลเลียมออกไซด์กับไอ HClแท่งมาตราส่วนทั้งหมดใน (b – e) คือ 2 มม.
เกณฑ์อีกประการหนึ่งในการพิจารณาความเป็นไปได้ในการดูดซึมของเหลวคือการตรึงของเหลวบนพื้นผิวหลังจากใช้รูปแบบแล้วเคอร์บิน และคณะมีรายงานว่าเมื่อ (1) เสาสูงเพียงพอ หยดจะถูกดูดซับโดยพื้นผิวที่มีลวดลาย;(2) ระยะห่างระหว่างคอลัมน์ค่อนข้างเล็กและ (3) มุมสัมผัสของของเหลวบนพื้นผิวมีขนาดเล็กเพียงพอ42ตัวเลข \({\theta__{0}\) ของของไหลบนระนาบที่มีวัสดุซับสเตรตเดียวกันจะต้องน้อยกว่ามุมสัมผัสวิกฤตสำหรับการปักหมุด \({\theta__{c,{pin)) } \ ) เพื่อการดูดซับโดยไม่ต้องปักหมุดระหว่างโพสต์ โดยที่ \({\theta__{c,{pin}}={{{{{\rm{arctan}}}}}}(H/\big \{ ( \ sqrt {2}-1)l\big\})\) (ดูรายละเอียดการสนทนาเพิ่มเติม)ค่าของ \({\theta__{c,{pin}}\) ขึ้นอยู่กับขนาดพิน (ตารางที่ 1)หาพารามิเตอร์ไร้มิติ L = l/H เพื่อตัดสินว่าการดูดซับเกิดขึ้นหรือไม่สำหรับการดูดซับ L จะต้องน้อยกว่าเกณฑ์มาตรฐาน \({L__{c}\) = 1/\(\big\{\big(\sqrt{2}-1\big){{\tan} } { \ ทีต้า`{{0}}\ขนาดใหญ่\}\)สำหรับ EGaIn \(({\theta__{0}={25}^{\circ})\) บนซับสเตรตทองแดง \({L__{c}\) คือ 5.2เนื่องจากคอลัมน์ L ของ 200 μm คือ 8 ซึ่งมากกว่าค่าของ \({L__{c}\) การดูดกลืน EGaIn จะไม่เกิดขึ้นเพื่อทดสอบผลกระทบของเรขาคณิตเพิ่มเติม เราสังเกตการรองพื้นด้วยตนเองของ H และ l ต่างๆ (รูปที่ 5 เพิ่มเติมและตารางเสริม 1)ผลลัพธ์สอดคล้องกับการคำนวณของเราเป็นอย่างดีดังนั้น L จึงกลายเป็นตัวทำนายการดูดซึมที่มีประสิทธิภาพโลหะเหลวหยุดดูดซับเนื่องจากการปักหมุดเมื่อระยะห่างระหว่างเสาค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับความสูงของเสา
ความสามารถในการเปียกน้ำสามารถพิจารณาได้จากองค์ประกอบพื้นผิวของซับสเตรตเราตรวจสอบผลกระทบขององค์ประกอบพื้นผิวต่อการทำให้เปียกและการดูดซับของ EGaIn โดยการฝาก Si และ Cu ร่วมกันบนเสาและระนาบ (รูปที่ 6 เพิ่มเติม)มุมสัมผัส EGaIn ลดลงจาก ~160° ถึง ~80° เนื่องจากพื้นผิวไบนารี Si/Cu เพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 75% ที่ปริมาณทองแดงแบนสำหรับพื้นผิว Si 75% Cu/25% \({\theta__{0}\) อยู่ที่ ~80° ซึ่งสอดคล้องกับ \({L__{c}\) เท่ากับ 0.43 ตามคำจำกัดความข้างต้น .เนื่องจากคอลัมน์ l = H = 25 μm โดยที่ L เท่ากับ 1 มากกว่าเกณฑ์ \({L__{c}\) พื้นผิว 75% Cu/25% Si หลังจากการสร้างลวดลายไม่ดูดซับเนื่องจากการตรึงเนื่องจากมุมสัมผัสของ EGaIn เพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติม Si จึงจำเป็นต้องมี H ที่สูงขึ้นหรือต่ำกว่า l เพื่อเอาชนะการปักหมุดและการชุบดังนั้น เนื่องจากมุมสัมผัส (เช่น \({\theta__{0}\)) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิว จึงยังสามารถระบุได้ว่าการดูดซึมเกิดขึ้นในโครงสร้างจุลภาคหรือไม่
การดูดซับ EGaIn บนทองแดงที่มีลวดลาย/PDMS สามารถทำให้โลหะเหลวเปียกเป็นรูปแบบที่เป็นประโยชน์ได้เพื่อประเมินจำนวนบรรทัดคอลัมน์ขั้นต่ำที่ทำให้เกิดการซึมซับ คุณสมบัติการทำให้เปียกของ EGaIn ถูกสังเกตบน Cu / PDMS โดยมีเส้นหลังรูปแบบที่มีหมายเลขบรรทัดคอลัมน์ต่างกันตั้งแต่ 1 ถึง 101 (รูปที่ 3)การเปียกส่วนใหญ่เกิดขึ้นในบริเวณหลังการสร้างลวดลายการตรวจสอบ EGaIn wicking นั้นเชื่อถือได้ และความยาวของ wicking จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนแถวของคอลัมน์การดูดซึมแทบไม่เคยเกิดขึ้นเมื่อมีโพสต์ที่มีสองบรรทัดหรือน้อยกว่านั้นอาจเป็นเพราะแรงดันของเส้นเลือดฝอยเพิ่มขึ้นเพื่อให้การดูดซึมเกิดขึ้นในรูปแบบเสาต้องเอาชนะความดันของเส้นเลือดฝอยที่เกิดจากความโค้งของหัว EGaIn (รูปที่ 7 เพิ่มเติม)สมมติว่ารัศมีความโค้ง 12.5 µm สำหรับหัว EGaIn แถวเดียวที่มีรูปแบบเรียงเป็นแนวเป็นแนว ความดันของเส้นเลือดฝอยจะอยู่ที่ ~0.98 atm (~740 Torr)ความดันลาปลาซที่สูงนี้สามารถป้องกันการเปียกที่เกิดจากการดูดซับ EGaInนอกจากนี้ แถวของคอลัมน์ที่น้อยลงสามารถลดแรงดูดกลืนที่เกิดจากการกระทำของเส้นเลือดฝอยระหว่าง EGaIn และคอลัมน์ได้
หยด EGaIn บน Cu/PDMS ที่มีโครงสร้างซึ่งมีรูปแบบความกว้างต่างกัน (w) ในอากาศ (ก่อนสัมผัสกับไอ HCl)แถวของชั้นวางโดยเริ่มจากด้านบน: 101 (w = 5025 µm), 51 (w = 2525 µm), 21 (w = 1,025 µm) และ 11 (w = 525 µm)b การเปียกแบบทิศทางของ EGaIn บน (a) หลังจากสัมผัสกับไอ HCl เป็นเวลา 10 นาทีc, d การทำให้ EGaIn เปียกบน Cu/PDMS ด้วยโครงสร้างเรียงเป็นแนว (c) สองแถว (w = 75 µm) และ (d) หนึ่งแถว (w = 25 µm)ภาพเหล่านี้ถ่ายหลังจากสัมผัสกับไอ HCl 10 นาทีสเกลบาร์บน (a, b) และ (c, d) คือ 5 มม. และ 200 µm ตามลำดับลูกศรใน (c) บ่งบอกถึงความโค้งของหัว EGaIn เนื่องจากการดูดซับ
การดูดซึมของ EGaIn ใน Cu/PDMS ที่มีลวดลายหลังทำให้ EGaIn ถูกสร้างขึ้นโดยการเลือกเปียก (รูปที่ 4)เมื่อหยด EGaIn วางบนพื้นที่ที่มีลวดลายและสัมผัสกับไอ HCl หยด EGaIn จะยุบตัวก่อน ทำให้เกิดมุมสัมผัสเล็กๆ ขณะที่กรดขจัดตะกรันต่อจากนั้นการดูดซึมจะเริ่มจากขอบหยดการสร้างลวดลายในพื้นที่ขนาดใหญ่สามารถทำได้จาก EGaIn ขนาดเซนติเมตร (รูปที่ 4a, c)เนื่องจากการดูดซับเกิดขึ้นบนพื้นผิวภูมิประเทศเท่านั้น EGaIn จะทำให้พื้นที่รูปแบบเปียกเท่านั้น และเกือบจะหยุดเปียกเมื่อไปถึงพื้นผิวเรียบดังนั้นจึงสังเกตขอบเขตที่คมชัดของรูปแบบ EGaIn (รูปที่ 4d, e)บนรูปในรูป 4b แสดงให้เห็นว่า EGaIn บุกรุกพื้นที่ที่ไม่มีโครงสร้างอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอบๆ บริเวณที่ EGaIn droplet ถูกวางไว้ตั้งแต่แรกเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กที่สุดของหยด EGaIn ที่ใช้ในการศึกษานี้เกินความกว้างของตัวอักษรที่มีลวดลายหยด EGaIn ถูกวางไว้บนตำแหน่งรูปแบบโดยการฉีดด้วยมือผ่านเข็มและกระบอกฉีด 27-G ซึ่งส่งผลให้เกิดหยดที่มีขนาดต่ำสุด 1 มม.ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้ EGaIn droplets ที่มีขนาดเล็กลงโดยรวมแล้ว รูปที่ 4 แสดงให้เห็นว่าการทำให้ EGaIn เปียกโดยธรรมชาติสามารถถูกกระตุ้นและส่งตรงไปยังพื้นผิวที่มีโครงสร้างจุลภาคเมื่อเปรียบเทียบกับงานก่อนหน้านี้ กระบวนการทำให้เปียกนี้ค่อนข้างรวดเร็ว และไม่จำเป็นต้องใช้แรงภายนอกเพื่อทำให้เปียกโดยสมบูรณ์ (ตารางเสริม 2)
ตราสัญลักษณ์มหาวิทยาลัย ตัวอักษร b, c เป็นรูปสายฟ้าบริเวณดูดซับถูกปกคลุมไปด้วยอาร์เรย์ของคอลัมน์ที่มี D = l = 25 µmd, รูปภาพขยายของซี่โครงใน e (c)สเกลบาร์บน (a – c) และ (d, e) คือ 5 มม. และ 500 µm ตามลำดับบน (c–e) หยดเล็กๆ บนพื้นผิวหลังจากการดูดซับจะเปลี่ยนเป็นน้ำอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างแกลเลียมออกไซด์และไอ HClไม่พบผลกระทบที่มีสาระสำคัญของการก่อตัวของน้ำต่อการทำให้เปียกน้ำจะถูกกำจัดออกอย่างง่ายดายด้วยกระบวนการทำให้แห้งแบบง่ายๆ
เนื่องจากลักษณะของเหลวของ EGaIn จึงสามารถใช้ Cu/PDMS ที่เคลือบด้วย EGaIn (EGaIn/Cu/PDMS) สำหรับอิเล็กโทรดที่ยืดหยุ่นและยืดได้รูปที่ 5a เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของ Cu/PDMS ดั้งเดิมและ EGaIn/Cu/PDMS ภายใต้โหลดที่แตกต่างกันความต้านทานของ Cu/PDMS เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในความตึงเครียด ในขณะที่ความต้านทานของ EGaIn/Cu/PDMS ยังคงมีความตึงเครียดต่ำบนรูป5b และ d แสดงรูปภาพ SEM และข้อมูล EMF ที่สอดคล้องกันของ Cu/PDMS ดิบ และ EGaIn/Cu/PDMS ก่อนและหลังการใช้แรงดันไฟฟ้าสำหรับ Cu/PDMS ที่สมบูรณ์ การเสียรูปอาจทำให้เกิดรอยแตกในฟิล์ม Cu แข็งที่เกาะอยู่บน PDMS เนื่องจากความยืดหยุ่นไม่ตรงกันในทางตรงกันข้าม สำหรับ EGaIn/Cu/PDMS นั้น EGaIn ยังคงเคลือบซับสเตรต Cu/PDMS อย่างดี และรักษาความต่อเนื่องทางไฟฟ้าโดยไม่มีรอยแตกหรือการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญ แม้ว่าจะถูกนำมาใช้ความเครียดแล้วก็ตามข้อมูล EDS ยืนยันว่าแกลเลียมและอินเดียมจาก EGaIn มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันบนซับสเตรต Cu/PDMSเป็นที่น่าสังเกตว่าความหนาของฟิล์ม EGaIn นั้นเท่ากันและเทียบได้กับความสูงของเสา สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ภูมิประเทศเพิ่มเติม โดยที่ความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างความหนาของฟิล์ม EGaIn และความสูงของเสาคือ <10% (รูปที่ 8 เพิ่มเติมและตารางที่ 3) สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ภูมิประเทศเพิ่มเติม โดยที่ความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างความหนาของฟิล์ม EGaIn และความสูงของเสาคือ <10% (รูปที่ 8 เพิ่มเติมและตารางที่ 3) Это подтверждается дальнейшим топографическим анализом, где относительная разница между толщиной пленки EGaIn исот ой столба составляет <10% (дополнительный рис. 8 и таблица 3). สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ภูมิประเทศเพิ่มเติม โดยที่ความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างความหนาของฟิล์ม EGaIn และความสูงของคอลัมน์คือ <10% (รูปที่ 8 เพิ่มเติมและตารางที่ 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Image8 和表3）。 <10% Это было подтверждено дальнейшим топографическим анализом, где относительная разница между толщиной пленки EGaIn и сотой столба составляла <10% (дополнительный рис. 8 и таблица 3) สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ภูมิประเทศเพิ่มเติม ซึ่งความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างความหนาของฟิล์ม EGaIn และความสูงของคอลัมน์คือ <10% (รูปที่ 8 เพิ่มเติมและตารางที่ 3)การเปียกแบบดูดซับนี้ช่วยให้สามารถควบคุมความหนาของการเคลือบ EGaIn ได้ดีและรักษาความเสถียรในพื้นที่ขนาดใหญ่ ซึ่งถือเป็นเรื่องท้าทายเนื่องจากธรรมชาติของของเหลวรูปที่ 5c และ e เปรียบเทียบการนำไฟฟ้าและความต้านทานต่อการเสียรูปของ Cu/PDMS ดั้งเดิมและ EGaIn/Cu/PDMSในการสาธิต ไฟ LED จะสว่างขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรด Cu/PDMS หรือ EGaIn/Cu/PDMS ที่ไม่มีการแตะต้องเมื่อยืด Cu/PDMS ที่ไม่เสียหาย ไฟ LED จะดับลงอย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรด EGaIn/Cu/PDMS ยังคงเชื่อมต่อทางไฟฟ้าแม้อยู่ภายใต้โหลด และไฟ LED จะหรี่ลงเล็กน้อยเท่านั้นเนื่องจากความต้านทานของอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้น
ความต้านทานที่ถูกทำให้เป็นมาตรฐานจะเปลี่ยนไปตามภาระที่เพิ่มขึ้นบน Cu/PDMS และ EGaIn/Cu/PDMSb, d ภาพ SEM และการวิเคราะห์ X-ray spectroscopy (EDS) แบบกระจายพลังงานก่อน (บนสุด) และหลัง (ล่าง) โพลีไดเพล็กซ์ที่โหลดใน (b) Cu / PDMS และ (d) EGaIn / Cu / methylsiloxanec, e LEDs ติดอยู่กับ (c) Cu / PDMS และ (e) EGaIn / Cu / PDMS ก่อน (บนสุด) และหลัง (ล่าง) การยืด (~ ความเครียด 30%)แถบมาตราส่วนใน (b) และ (d) คือ 50 µm
บนรูป6a แสดงความต้านทานของ EGaIn/Cu/PDMS ตามฟังก์ชันของความเครียดตั้งแต่ 0% ถึง 70%การเพิ่มขึ้นและการฟื้นตัวของความต้านทานเป็นสัดส่วนกับการเสียรูป ซึ่งสอดคล้องกับกฎของ Pouillet สำหรับวัสดุที่ไม่สามารถอัดตัวได้ (R/R0 = (1 + ε)2) โดยที่ R คือความต้านทาน R0 คือความต้านทานเริ่มต้น ε คือความเครียด 43 การศึกษาอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่าเมื่อยืดออก อนุภาคของแข็งในตัวกลางที่เป็นของเหลวสามารถจัดเรียงตัวเองใหม่และกระจายอย่างเท่าเทียมกันมากขึ้นโดยมีการทำงานร่วมกันที่ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยลดการเพิ่มขึ้นของการลาก 43, 44 . อย่างไรก็ตาม ในงานนี้ ตัวนำเป็นโลหะเหลว >99% โดยปริมาตร เนื่องจากฟิล์ม Cu มีความหนาเพียง 100 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม ในงานนี้ ตัวนำเป็นโลหะเหลว >99% โดยปริมาตร เนื่องจากฟิล์ม Cu มีความหนาเพียง 100 นาโนเมตร Однако в этой работе проводник состоит из >99% жидкого металла по объему, так как пленки Cu имеют толщину всего 100 нм. อย่างไรก็ตาม ในงานนี้ ตัวนำประกอบด้วยโลหะเหลว >99% โดยปริมาตร เนื่องจากฟิล์ม Cu มีความหนาเพียง 100 นาโนเมตร然而，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มี100 nm 厚，因此导体是>99%อย่างไรก็ตาม ในงานนี้ เนื่องจากฟิล์ม Cu มีความหนาเพียง 100 นาโนเมตร ตัวนำจึงประกอบด้วยโลหะเหลวมากกว่า 99% (โดยปริมาตร)ดังนั้นเราจึงไม่คาดหวังให้ Cu มีส่วนสำคัญต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าเครื่องกลของตัวนำ
การเปลี่ยนแปลงที่เป็นมาตรฐานของความต้านทาน EGaIn/Cu/PDMS เทียบกับความเครียดในช่วง 0–70%ความเครียดสูงสุดที่เกิดขึ้นก่อนความล้มเหลวของ PDMS คือ 70% (รูปที่ 9 เพิ่มเติม)จุดสีแดงเป็นค่าทางทฤษฎีที่ทำนายโดยกฎของ Puetb การทดสอบความเสถียรของการนำไฟฟ้า EGaIn/Cu/PDMS ในระหว่างรอบการยืด-ยืดซ้ำๆมีการใช้ความเครียด 30% ในการทดสอบแบบเป็นรอบสเกลบาร์ที่ใส่เข้าไปคือ 0.5 ซม.L คือความยาวเริ่มต้นของ EGaIn/Cu/PDMS ก่อนยืด
ปัจจัยการวัด (GF) แสดงออกถึงความไวของเซ็นเซอร์และถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงของความเครียด45GF เพิ่มขึ้นจาก 1.7 ที่ความเครียด 10% เป็น 2.6 ที่ความเครียด 70% เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเรขาคณิตของโลหะเมื่อเปรียบเทียบกับสเตรนเกจอื่นๆ ค่า GF EGaIn/Cu/PDMS อยู่ในระดับปานกลางในฐานะเซนเซอร์ แม้ว่า GF ของมันอาจไม่สูงเป็นพิเศษ แต่ EGaIn/Cu/PDMS จะแสดงการเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่แข็งแกร่งเพื่อตอบสนองต่อโหลดอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนต่ำเพื่อประเมินความเสถียรของการนำไฟฟ้าของ EGaIn/Cu/PDMS ความต้านทานไฟฟ้าถูกติดตามในระหว่างรอบการยืด-ยืดซ้ำที่ความเครียด 30%ดังแสดงในรูป6b หลังจากรอบการยืด 4,000 รอบ ค่าความต้านทานยังคงอยู่ภายใน 10% ซึ่งอาจเนื่องมาจากการก่อตัวของตะกรันอย่างต่อเนื่องระหว่างรอบการยืดซ้ำ 46ดังนั้น ความเสถียรทางไฟฟ้าในระยะยาวของ EGaIn/Cu/PDMS ในฐานะอิเล็กโทรดที่ยืดได้ และความน่าเชื่อถือของสัญญาณในฐานะสเตรนเกจจึงได้รับการยืนยัน
ในบทความนี้ เราจะพูดถึงคุณสมบัติการทำให้เปียกที่ได้รับการปรับปรุงของ GaLM บนพื้นผิวโลหะที่มีโครงสร้างระดับจุลภาคที่เกิดจากการแทรกซึมการทำให้ EGaIn เปียกโดยสมบูรณ์เกิดขึ้นได้เองบนพื้นผิวโลหะเรียงเป็นแนวและเสี้ยมเมื่อมีไอ HClสิ่งนี้สามารถอธิบายได้เป็นตัวเลขตามแบบจำลองเวนเซลและกระบวนการดูดซับ ซึ่งแสดงขนาดของโครงสร้างหลังจุลภาคที่จำเป็นสำหรับการทำให้เปียกที่เกิดจากการดูดซับการทำให้ EGaIn เปียกได้เองและสามารถเลือกได้ ซึ่งถูกนำทางโดยพื้นผิวโลหะที่มีโครงสร้างระดับจุลภาค ทำให้สามารถเคลือบสม่ำเสมอบนพื้นที่ขนาดใหญ่และสร้างลวดลายโลหะเหลวได้พื้นผิว Cu/PDMS ที่เคลือบด้วย EGaIn จะรักษาการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าไว้ แม้ว่าจะยืดออกและหลังจากรอบการยืดซ้ำแล้วซ้ำเล่า ตามที่ยืนยันโดย SEM, EDS และการวัดความต้านทานไฟฟ้านอกจากนี้ ความต้านทานไฟฟ้าของ Cu/PDMS ที่เคลือบด้วย EGaIn จะเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับและเชื่อถือได้ตามสัดส่วนของความเครียดที่ใช้ ซึ่งบ่งชี้ถึงการใช้งานที่เป็นไปได้ในฐานะเซ็นเซอร์ความเครียดข้อดีที่เป็นไปได้จากหลักการทำให้เปียกโลหะเหลวที่เกิดจากการดูดซับมีดังนี้: (1) การเคลือบและการสร้างลวดลาย GaLM สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้แรงภายนอก;(2) การเปียกของ GaLM บนพื้นผิวโครงสร้างจุลภาคที่เคลือบด้วยทองแดงเป็นแบบเทอร์โมไดนามิกส์ฟิล์ม GaLM ที่ได้จะมีความเสถียรแม้อยู่ภายใต้การเสียรูป(3) การเปลี่ยนความสูงของคอลัมน์ที่เคลือบด้วยทองแดงสามารถสร้างฟิล์ม GaLM ที่ควบคุมความหนาได้นอกจากนี้ วิธีการนี้ยังช่วยลดปริมาณ GaLM ที่จำเป็นในการสร้างฟิล์ม เนื่องจากเสาหลักครอบครองส่วนหนึ่งของฟิล์มตัวอย่างเช่น เมื่อมีการแนะนำอาร์เรย์ของเสาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 μm (โดยมีระยะห่างระหว่างเสา 25 μm) ปริมาตรของ GaLM ที่จำเป็นสำหรับการสร้างฟิล์ม (~ 9 μm3/μm2) จะเทียบได้กับปริมาตรของฟิล์มที่ไม่มี เสาหลัก(25 ไมโครเมตร/ไมโครเมตร2)อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ต้องคำนึงว่าการต้านทานทางทฤษฎีซึ่งประมาณตามกฎของ Puet นั้นเพิ่มขึ้นเก้าเท่าด้วยโดยรวมแล้ว คุณสมบัติการทำให้เปียกที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะเหลวที่กล่าวถึงในบทความนี้นำเสนอวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสะสมโลหะเหลวไว้บนพื้นผิวที่หลากหลายสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดตัวได้และการใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่อื่นๆ
พื้นผิว PDMS ถูกเตรียมโดยการผสม Sylgard 184 matrix (Dow Corning, USA) และสารทำให้แข็งในอัตราส่วน 10:1 และ 15:1 สำหรับการทดสอบแรงดึง ตามด้วยการบ่มในเตาอบที่อุณหภูมิ 60°Cทองแดงหรือซิลิคอนถูกสะสมไว้บนเวเฟอร์ซิลิคอน (Silicon Wafer, Namkang High Technology Co., Ltd., สาธารณรัฐเกาหลี) และพื้นผิว PDMS ด้วยชั้นกาวไทเทเนียมหนา 10 นาโนเมตรโดยใช้ระบบสปัตเตอร์แบบกำหนดเองโครงสร้างแนวเสาและเสี้ยมถูกสะสมไว้บนพื้นผิว PDMS โดยใช้กระบวนการโฟโตลิธกราฟิกด้วยแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนความกว้างและความสูงของรูปแบบเสี้ยมคือ 25 และ 18 µm ตามลำดับความสูงของรูปแบบแท่งถูกกำหนดไว้ที่ 25 µm, 10 µm และ 1 µm และเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะพิทช์ของรูปแบบแตกต่างกันไปตั้งแต่ 25 ถึง 200 µm
มุมสัมผัสของ EGaIn (แกลเลียม 75.5%/อินเดียม 24.5%, >99.99%, ซิกมา อัลดริช, สาธารณรัฐเกาหลี) วัดโดยใช้เครื่องวิเคราะห์รูปทรงหยด (DSA100S, KRUSS, เยอรมนี) มุมสัมผัสของ EGaIn (แกลเลียม 75.5%/อินเดียม 24.5%, >99.99%, ซิกมา อัลดริช, สาธารณรัฐเกาหลี) วัดโดยใช้เครื่องวิเคราะห์รูปทรงหยด (DSA100S, KRUSS, เยอรมนี) ยูเครน EGaIn (галлий 75.5 %/индий 24.5 %, >99,99 %, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с помощью каплевидного анализатора ( DSA100S, KRUSS, จอร์เจีย) มุมขอบของ EGaIn (แกลเลียม 75.5%/อินเดียม 24.5%, >99.99%, Sigma Aldrich, สาธารณรัฐเกาหลี) วัดโดยใช้เครื่องวิเคราะห์หยด (DSA100S, KRUSS, เยอรมนี) EGaIn (75.5%/铟24.5%,>99.99%,Sigma Aldrich,มหาวิทยาลัยใหญ่แห่งประเทศจีน) EGaIn (แกลเลียม75.5%/อินเดียม24.5%, >99.99%, Sigma Aldrich, 大韩民国) วัดโดยใช้เครื่องวิเคราะห์แบบสัมผัส (DSA100S, KRUSS, เยอรมนี) ยูเครน EGaIn (галлий 75.5%/индий 24.5%, >99,99%, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с помощью анализатора формы капли (DSA10 0S, KRUSS, ภาษาเยอรมัน) มุมขอบของ EGaIn (แกลเลียม 75.5%/อินเดียม 24.5%, >99.99%, ซิกมา อัลดริช, สาธารณรัฐเกาหลี) วัดโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ฝาครอบรูปทรง (DSA100S, KRUSS, เยอรมนี)วางสารตั้งต้นในห้องกระจกขนาด 5 ซม. × 5 ซม. × 5 ซม. และวาง EGaIn หยด 4–5 ไมโครลิตรลงบนพื้นผิวโดยใช้กระบอกฉีดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 มม.ในการสร้างตัวกลางไอ HCl ได้วางสารละลาย HCl 20 μL (37 wt.%, Samchun Chemicals, สาธารณรัฐเกาหลี) วางติดกับสารตั้งต้น ซึ่งระเหยไปมากพอที่จะเติมห้องภายใน 10 วินาที
ถ่ายภาพพื้นผิวโดยใช้ SEM (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea)EDS (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea) ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและการกระจายองค์ประกอบภูมิประเทศพื้นผิว EGaIn / Cu / PDMS ได้รับการวิเคราะห์โดยใช้ออปติคัลโปรไฟล์ (The Profilm3D, Filmetrics, USA)
เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของการนำไฟฟ้าในระหว่างรอบการยืด ตัวอย่างที่มีและไม่มี EGaIn จะถูกจับยึดบนอุปกรณ์ยืด (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Republic of Korea) และเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเครื่องวัดแหล่งกำเนิด Keithley 2400 เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของการนำไฟฟ้าในระหว่างรอบการยืด ตัวอย่างที่มีและไม่มี EGaIn จะถูกจับยึดบนอุปกรณ์ยืด (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Republic of Korea) และเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเครื่องวัดแหล่งกำเนิด Keithley 2400 Для исследования изменения электропроводности во время циклов растяжения образцы с EGaIn и без него закрепляли на оборудован หรือ для растяжения (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Республика Корея) и электрически подключали к измерителю источника Keithley 2400. เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของการนำไฟฟ้าในระหว่างรอบการยืด ตัวอย่างที่มีและไม่มี EGaIn จะถูกติดตั้งบนอุปกรณ์ยืด (Bending & Stretchable Machine System, SnM, สาธารณรัฐเกาหลี) และเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเครื่องวัดแหล่งกำเนิด Keithley 2400เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของการนำไฟฟ้าในระหว่างรอบการยืดกล้ามเนื้อ ตัวอย่างที่มีและไม่มี EGaIn จะถูกติดตั้งบนอุปกรณ์ยืด (Bending and Stretching Machine Systems, SnM, สาธารณรัฐเกาหลี) และเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับ Keithley 2400 SourceMeterวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในช่วงตั้งแต่ 0% ถึง 70% ของความเครียดของตัวอย่างสำหรับการทดสอบความเสถียรนั้น วัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานมากกว่า 4,000 รอบความเครียด 30%
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบการศึกษา โปรดดูบทคัดย่อการศึกษาธรรมชาติที่เชื่อมโยงกับบทความนี้
ข้อมูลที่สนับสนุนผลการศึกษานี้แสดงไว้ในไฟล์ข้อมูลเสริมและไฟล์ข้อมูลดิบบทความนี้ให้ข้อมูลต้นฉบับ
Daeneke, T. และคณะโลหะเหลว: พื้นฐานทางเคมีและการประยุกต์เคมี.สังคม.47, 4073–4111 (2018)
Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD คุณลักษณะ การประดิษฐ์ และการประยุกต์ใช้อนุภาคโลหะเหลวที่ใช้แกลเลียม Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD คุณลักษณะ การประดิษฐ์ และการประยุกต์ใช้อนุภาคโลหะเหลวที่ใช้แกลเลียมLin, Y., Genzer, J. และ Dickey, MD คุณสมบัติ, การประดิษฐ์และการประยุกต์ใช้อนุภาคโลหะเหลวที่ใช้แกลเลียม Lin, Y., Genzer, J. & Dickey, MD ผู้เชี่ยวชาญด้านการแพทย์ Lin, Y., Genzer, J. และ Dickey, MDLin, Y., Genzer, J. และ Dickey, MD คุณสมบัติ, การประดิษฐ์และการประยุกต์ใช้อนุภาคโลหะเหลวที่ใช้แกลเลียมวิทยาศาสตร์ขั้นสูง7 กันยายน 2000–192 (2020)
Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD สู่วงจรสสารอ่อนทั้งหมด: ต้นแบบของอุปกรณ์กึ่งของเหลวที่มีลักษณะเฉพาะของเมมเบรน Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD สู่วงจรสสารอ่อนทั้งหมด: ต้นแบบของอุปกรณ์กึ่งของเหลวที่มีลักษณะเฉพาะของเมมเบรนKoo, HJ, So, JH, Dickey, MD และ Velev, OD ไปยังวงจรที่ประกอบด้วยสสารอ่อนทั้งหมด: ต้นแบบของอุปกรณ์กึ่งของเหลวที่มีลักษณะเฉพาะของเมมเบรน Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, OD ผู้ดูแล Koo, HJ, So, JH, Dickey, MD & Velev, ODKoo, HJ, So, JH, Dickey, MD และ Velev, OD สู่วงจรเรื่องอ่อนทั้งหมด: ต้นแบบของอุปกรณ์ Quasi-Fluid ที่มีคุณสมบัติ Memristorโรงเรียนเก่าขั้นสูง23, 3559–3564 (2011)
Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK สวิตช์โลหะเหลวสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK สวิตช์โลหะเหลวสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมBilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK สวิตช์โลหะเหลวสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Bilodeau, RA, Zemlyanov, DY & Kramer, RK บิโลโด, RA, เซมลียานอฟ, DY และเครเมอร์, RKBilodo RA, Zemlyanov D.Yu., Kramer RK สวิตช์โลหะเหลวสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโรงเรียนเก่าขั้นสูงอินเทอร์เฟซ 4, 1600913 (2017)
ดังนั้น JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD การแก้ไขกระแสอิออนในไดโอดสสารอ่อนพร้อมอิเล็กโทรดโลหะเหลว ดังนั้น JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD การแก้ไขกระแสอิออนในไดโอดเนื้ออ่อนพร้อมอิเล็กโทรดโลหะเหลว Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ионное выпрямление тока в диодах из мягкого материала с электродами из жидкого металла. ดังนั้น JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD การแก้ไขกระแสอิออนในไดโอดวัสดุอ่อนพร้อมอิเล็กโทรดโลหะเหลว So, 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。 ดังนั้น JH, Koo, HJ, Dickey, MD และ Velev, OD Так, JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD Ионное выпрямление тока в диодах из мягкого материала с жидкометаллическими электродами. ดังนั้น JH, Koo, HJ, Dickey, MD & Velev, OD การแก้ไขกระแสอิออนในไดโอดวัสดุอ่อนพร้อมอิเล็กโทรดโลหะเหลวความสามารถเพิ่มเติมโรงเรียนเก่า22, 625–631 (2012)
Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อ่อนนุ่มและมีความหนาแน่นสูงที่ใช้โลหะเหลว Kim, M.-G., Brown, DK & Brand, O. Nanofabrication สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อ่อนนุ่มและมีความหนาแน่นสูงที่ใช้โลหะเหลวKim, M.-G., Brown, DK และ Brand, O. Nanofabrication สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้โลหะเหลวที่มีความหนาแน่นสูงและมีเนื้ออ่อนทั้งหมดKim, M.-G., Brown, DK และ Brand, O. Nanofabrication ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอ่อนทั้งหมดที่มีความหนาแน่นสูงโดยใช้โลหะเหลวชุมชนแห่งชาติ11, 1–11 (2020)
Guo, R. และคณะCu-EGaIn เป็นเปลือกอิเล็กตรอนที่ขยายได้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงโต้ตอบและการแปล CTโรงเรียนเก่าระดับ.7. ค.ศ. 1845–1853 (2020)
Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ Hydroprinted: Ag–In–Ga E-skin ที่ยืดได้บางเฉียบสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพและปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ Hydroprinted: Ag–In–Ga E-skin ที่ยืดได้บางเฉียบสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพและปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรLopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K. และ Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Electronic Skin สำหรับไบโออิเล็กทรอนิกส์และปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ Hydroprinted: Ag-In-Ga E-skin ที่ยืดได้บางเฉียบสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพและปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร Lopes, PA, Paisana, H., De Almeida, AT, Majidi, C. & Tavakoli, M. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ Hydroprinted: Ag-In-Ga E-skin ที่ยืดได้บางเฉียบสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพและปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรLopez, PA, Paysana, H., De Almeida, AT, Majidi, K. และ Tawakoli, M. Hydroprinting Electronics: Ag-In-Ga Ultrathin Electronic Skin สำหรับไบโออิเล็กทรอนิกส์และปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรเอซีเอส
หยาง วาย และคณะเครื่องกำเนิดนาโนไทรโบอิเล็กทริกที่รับแรงดึงเป็นพิเศษและออกแบบเป็นพิเศษโดยใช้โลหะเหลวสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้SAU นาโน 12, 2027–2034 (2018)
Gao, K. และคณะการพัฒนาโครงสร้างไมโครแชนเนลสำหรับเซ็นเซอร์ที่ยืดออกเกินโดยใช้โลหะเหลวที่อุณหภูมิห้องวิทยาศาสตร์.รายงาน 9, 1–8 (2019)
เฉินจีและคณะเส้นใยคอมโพสิตยืดหยุ่นพิเศษของ EGaIn สามารถทนต่อแรงดึง 500% และมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ACS หมายถึงโรงเรียนเก่าอินเทอร์เฟซ 12, 6112–6118 (2020)
Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. การเดินสายตรงของแกลเลียมยูเทคติก – อินเดียมไปยังอิเล็กโทรดโลหะสำหรับระบบเซ็นเซอร์อ่อน Kim, S., Oh, J., Jeong, D. & Bae, J. การเดินสายตรงของแกลเลียมยูเทคติก – อินเดียมไปยังอิเล็กโทรดโลหะสำหรับระบบเซ็นเซอร์อ่อนKim, S. , Oh, J. , Jeon, D. และ Bae, J. การเชื่อมยูเทคติกแกลเลียม - อินเดียมโดยตรงกับอิเล็กโทรดโลหะสำหรับระบบตรวจจับแบบอ่อน 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. อิเล็กโทรดโลหะแกลเลียม-อินเดียมที่ติดโดยตรงกับระบบเซ็นเซอร์อ่อนKim, S. , Oh, J. , Jeon, D. และ Bae, J. การเชื่อมยูเทคติกแกลเลียม - อินเดียมโดยตรงกับอิเล็กโทรดโลหะสำหรับระบบเซ็นเซอร์อ่อนACS หมายถึงโรงเรียนเก่าอินเทอร์เฟซ 11, 20557–20565 (2019)
หยุนจีและคณะอิลาสโตเมอร์สนามแม่เหล็กที่เต็มไปด้วยโลหะเหลวพร้อมเพียโซอิเล็กทริกเชิงบวกชุมชนแห่งชาติ10, 1–9 (2019)
Kim, KK สเตรนเกจหลายมิติที่มีความไวสูงและยืดได้พร้อมกริดการซึมผ่านของเส้นลวดนาโนโลหะแอนไอโซทรอปิกอัดแรงนาโนเล็ต15, 5240–5247 (2015)
Guo, H. , Han, Y. , Zhao, W. , Yang, J. & Zhang, L. อีลาสโตเมอร์ที่สามารถรักษาตัวเองได้ด้วยตนเองในระดับสากลพร้อมความยืดหยุ่นสูง Guo, H. , Han, Y. , Zhao, W. , Yang, J. & Zhang, L. อีลาสโตเมอร์ที่สามารถรักษาตัวเองได้ด้วยตนเองในระดับสากลพร้อมความยืดหยุ่นสูงGuo, H. , Han, Yu. , Zhao, W. , Yang, J. , และ Zhang, L. อีลาสโตเมอร์รักษาตัวเองอเนกประสงค์ที่มีความยืดหยุ่นสูง 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. และ Zhang L. อีลาสโตเมอร์แรงดึงสูงแบบรักษาตัวเองแบบออฟไลน์อเนกประสงค์ชุมชนแห่งชาติ11, 1–9 (2020)
จู้เอ็กซ์ และคณะเส้นใยนำไฟฟ้าโลหะที่ดึงออกมาเป็นพิเศษโดยใช้แกนโลหะผสมโลหะเหลวความสามารถเพิ่มเติมโรงเรียนเก่า23, 2308–2314 (2013)
ข่านเจและคณะการศึกษาการอัดลวดโลหะเหลวด้วยเคมีไฟฟ้าACS หมายถึงโรงเรียนเก่าอินเทอร์เฟซ 12, 31010–31020 (2020)
ลี เอช และคณะการเผาหยดโลหะเหลวที่เกิดจากการระเหยด้วยไบโอนาโนไฟเบอร์เพื่อการนำไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นและการกระตุ้นที่ตอบสนองชุมชนแห่งชาติ10, 1–9 (2019)
Dickey, MD และคณะยูเทคติกแกลเลียม-อินเดียม (EGaIn): โลหะผสมเหลวที่ใช้สร้างโครงสร้างที่มั่นคงในไมโครแชนเนลที่อุณหภูมิห้องความสามารถเพิ่มเติมโรงเรียนเก่า18, 1097–1104 (2008)
Wang, X., Guo, R. & Liu, J. หุ่นยนต์อ่อนที่ใช้โลหะเหลว: วัสดุ การออกแบบ และการใช้งาน Wang, X., Guo, R. & Liu, J. หุ่นยนต์อ่อนที่ใช้โลหะเหลว: วัสดุ การออกแบบ และการใช้งานWang, X., Guo, R. และ Liu, J. หุ่นยนต์แบบอ่อนที่ใช้โลหะเหลว: วัสดุ การก่อสร้าง และการใช้งาน 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. หุ่นยนต์อ่อนที่ใช้โลหะเหลว: วัสดุ การออกแบบ และการใช้งานWang, X., Guo, R. และ Liu, J. หุ่นยนต์แบบอ่อนที่ใช้โลหะเหลว: วัสดุ การก่อสร้าง และการใช้งานโรงเรียนเก่าขั้นสูงเทคโนโลยี 4, 1800549 (2019)