Ny forskning visar hur bläckstråleutskriftstekniken kan användas för att massproducera elektroniska kretsar av flytande metallegeringar för "mjuka robotar" och flexibel elektronik.

Elastisk teknik kan möjliggöra en ny klass av smidiga robotar och töjbara plagg som människor kan bära för att interagera med datorer eller för terapeutiska ändamål. Dock, nya tillverkningstekniker måste utvecklas innan mjuka maskiner blir kommersiellt genomförbara, sa Rebecca Kramer, en biträdande professor i maskinteknik vid Purdue University.

"Vi vill skapa töjbar elektronik som kan vara kompatibel med mjuka maskiner, som robotar som behöver pressa sig igenom små utrymmen, eller bärbar teknik som inte är rörelsebegränsande, "sa hon." Ledare gjorda av flytande metall kan töjas och deformeras utan att gå sönder. "

En ny potentiell tillverkningsmetod fokuserar på att utnyttja bläckstråleskrivare för att skapa enheter gjorda av flytande legeringar.

"Med denna process kan vi nu skriva ut flexibla och töjbara ledare på vad som helst, inklusive elastiska material och tyger, "Sa Kramer.

En forskningsartikel om metoden kommer att visas den 18 april i tidningen Avancerade material . Papperet introducerar i allmänhet metoden, kallas mekaniskt sintrade gallium-indium-nanopartiklar, och beskriver forskning som leder fram till projektet. Den författades av postdoktor John William Boley, doktorand Edward L. White och Kramer.

Ett tryckbart bläck görs genom att dispergera den flytande metallen i ett icke-metalliskt lösningsmedel med hjälp av ultraljud, som bryter upp den flytande metallen i bulk till nanopartiklar. Detta nanopartikelfyllda bläck är kompatibelt med bläckstråleskrivare.

"Flytande metall i sin ursprungliga form kan inte bläckstråleskrivas, "Kramer sa." Så det vi gör är att skapa flytande metall -nanopartiklar som är tillräckligt små för att passera genom ett bläckstrålesmunstycke. Sonikering av flytande metall i ett bärarlösningsmedel, såsom etanol, båda skapar nanopartiklarna och sprider dem i lösningsmedlet. Sedan kan vi skriva ut bläcket på valfritt underlag. Etanolen avdunstar så att vi bara har kvar nanopartiklar av flytande metall på en yta. "

Efter utskrift, nanopartiklarna måste återförenas genom att applicera lätt tryck, vilket gör materialet ledande. Detta steg är nödvändigt eftersom nanopartiklarna i flytande metall initialt är belagda med oxiderat gallium, som fungerar som en hud som förhindrar elektrisk konduktivitet.

"Men det är en ömtålig hud, så när du applicerar tryck bryter det huden och allt samlas i en enhetlig film, "Kramer sa." Vi kan göra detta antingen genom att stämpla eller genom att dra något över ytan, som den skarpa kanten av en kiselspets. "

Tillvägagångssättet gör det möjligt att välja vilka portioner som ska aktiveras beroende på särskilda mönster, vilket tyder på att en tom film kan tillverkas för en mängd potentiella tillämpningar.

"Vi aktiverar selektivt vilken elektronik vi vill slå på genom att trycka på just dessa områden, "sa Kramer, som i år tilldelades ett Early Career Development -pris från National Science Foundation, som stöder forskning för att avgöra hur man bäst utvecklar flytande metallbläcket.

Processen kan göra det möjligt att snabbt massproducera stora mängder av filmen.

Framtida forskning kommer att utforska hur samspelet mellan bläcket och ytan som trycks på kan bidra till produktion av specifika typer av enheter.

"Till exempel, hur orienterar sig nanopartiklarna på hydrofoba kontra hydrofila ytor? Hur kan vi formulera bläcket och utnyttja dess interaktion med en yta för att möjliggöra självmontering av partiklarna? "Sa hon.

Forskarna kommer också att studera och modellera hur enskilda partiklar spricker när tryck appliceras, tillhandahålla information som kan tillåta tillverkning av ultratunna spår och nya typer av sensorer.