Imágenes de microscopio óptico (OM) y microscopio electrónico de barrido (SEM) de partículas de metal líquido viscoso durante el estiramiento. Durante este proceso, la película de óxido en la superficie de las micropartículas puede estirarse y formar arrugas y no se rompe incluso cuando se estira repetidamente. Crédito:POSTECH
Los dispositivos electrónicos de hoy se esfuerzan por lograr nuevos factores de forma:para hacerlos plegables, estirable y deformable. Para producir tales dispositivos que sean altamente estirables o deformables, es necesario desarrollar electrodos y líneas de circuitos cuyas propiedades eléctricas puedan soportar deformaciones severas o daños mecánicos. A esto, El equipo de investigación conjunto de POSTECH-Yonsei University ha desarrollado recientemente tinta metálica líquida para acelerar los dispositivos electrónicos impresos que se pueden cambiar en cualquier forma.
El profesor Unyong Jeong y el Dr. Selvaraj Veerapandian del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de POSTECH, con el profesor Aloysius Soon y el Dr. Woosun Jang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Yonsei, han desarrollado micropartículas de metal líquido con alta conductividad y viscoplasticidad. Estos resultados de la investigación se publicaron en la revista internacional autorizada Materiales de la naturaleza el 4 de enero 2021.
Los dispositivos electrónicos utilizan convencionalmente electrodos y líneas de circuitos hechos de metales duros como el oro, plata, o cobre. Sin embargo, tales sustratos metálicos se agrietan y pierden su conductividad eléctrica con la presión externa y el alargamiento, haciéndolos no aptos para su uso en dispositivos electrónicos deformables. De lo contrario, Los metales líquidos, que fluyen como un líquido a temperatura ambiente y son fácilmente deformables y altamente conductores, han atraído gran atención por su aplicabilidad potencial en líneas de circuitos extensibles. Sin embargo, cuando estos metales líquidos se convierten en tinta, se forma una piel de óxido aislante en la superficie que elimina su conductividad después de ser impresa.
El equipo de investigación conjunto ideó un método para convertir la película de óxido de las micropartículas de metal líquido en un conductor al dopar iones de hidrógeno en las películas. Para verificar teóricamente la conductividad de la película de óxido mediante dopaje con hidrógeno, El equipo utilizó simulaciones de materiales basadas en la mecánica cuántica para confirmar que los óxidos de indio u óxidos de galio dopados con hidrógeno pueden tener una conductividad eléctrica similar a la de los electrodos de óxido de indio y estaño (ITO) que se utilizan actualmente en electrodos transparentes. Los investigadores también confirmaron que la película de óxido dopado con hidrógeno con adsorción de polímero a la superficie tenía una viscoplasticidad que podía soportar una tensión de alargamiento de aproximadamente un 300% sin romperse.
Impresión doble de una estructura de antena concéntrica. Recubriendo un nuevo círculo concéntrico en la parte superior de la estructura del círculo concéntrico, se puede imprimir una estructura de antena de doble capa. Crédito:POSTECH
Esta nueva tinta de metal líquido que contiene las micropartículas de metal líquido dopadas con hidrógeno permitió la impresión directa de líneas de circuito 3-D en varios sustratos estirables. Dado que las micropartículas pueden cambiar la forma al deformarse mientras mantienen una alta conductividad, Los electrodos impresos y las líneas del circuito mostraron un cambio insignificante en la resistencia incluso cuando se estiraron más del 500% y mantuvieron las propiedades eléctricas incluso en entornos hostiles como alta humedad. altas temperaturas o daños mecánicos graves. Se prevé que esta tecnología innovadora permitirá el desarrollo de dispositivos extensibles de próxima generación.
"Hasta ahora nunca se ha estudiado una viscoplasticidad tan alta de los óxidos metálicos, ", comentó el profesor Aloysius Soon de la Universidad de Yonsei." Lo que comenzó como un estudio sobre la viscoplasticidad de la piel de óxido conductora ha abierto las posibilidades de desarrollar óxidos metálicos dúctiles de semiconductores y aislantes ".
El equipo de investigación de POSTECH, dirigido por el profesor Unyong Jeong, está trabajando en la comercialización de circuitos altamente extensibles utilizando la tecnología de impresión y tinta recientemente desarrollada. Dado que su tinta metálica líquida permite utilizar métodos de impresión tradicionales para la fabricación de circuitos tridimensionales complejos sin corriente de fuga, Se prevé que la nueva tinta sea altamente aplicable en otras industrias como la robótica, pieles electrónicas, y dispositivos portátiles mediante impresión 3D.
"El objetivo final de esta investigación es desarrollar dispositivos electrónicos 3-D extensibles y plegables que conserven su propiedad electrónica incluso en condiciones adversas o daños mecánicos, "añadió el profesor Unyong Jeong.
