基于微结构表面超疏水性的液态金属图案化方法

陈杨钟,王 晗,鲁圣国

(1.广东工业大学 机电工程学院,广东 广州 510006;2.省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室,广东 广州 510006;3.广东工业大学 材料与能源学院,广东 广州 510006)

随着物联网的快速发展,人们对柔性可穿戴电子设备的需求日益增加。柔性可穿戴设备相比于传统刚性设备,具有更好的贴合性和舒适性,通过人体皮肤提供的物理、化学和生物信息,能够实时监测人体生理参数(如心率、呼吸率、体温、血压)和环境状态信息(如紫外辐射强度、有害化学物质监测),故其在医疗健康领域以及日常生活中具有巨大应用前景,如电子皮肤、仿生假肢、柔性屏等。

汞是人们最为熟悉的液态金属,然而却因为其具有毒性,在很多应用中逐渐被镓基液态金属替代。镓基液态金属,在室温或接近室温时为液态,具有低蒸气压、低毒性、低粘度、高电导率、低熔点和高热传导率等众多优良性质[1],镓基液态金属在制造柔性传感器[2]、柔性电路[3]等领域中扮演着重要角色。典型的镓基合金有EGaIn(质量比Ga∶In=75.5∶24.5)、galinstan(质量比Ga∶In∶Sn=68.5∶21.5∶10)[4]。

当镓基合金液态金属暴露在含氧的环境中时,其表面会迅速形成一张约几个纳米厚的氧化物层薄膜[5],在这层氧化薄膜的作用下,液态金属与光滑表面接触后会稳定地粘附在表面上,移除液态金属后也会在此表面留有金属氧化物残留物[6]。为解决这一问题,学者们做了大量研究,总体可概括为三类方法:(1)减少环境中氧气的浓度,避免镓铟合金与氧气反应而产生氧化物薄膜[7];(2)使用电解等方法分解掉液态金属表面的氧化物薄膜[8];(3)对与镓铟合金接触的表面进行改性,如添加液体涂层[9]、粗糙度改性[6]等。……