La percée du métal liquide peut transformer les matériaux de tous les jours en « dispositifs intelligents » électroniques

Par Cell Press9 juin 2023

Les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode d'application de métal liquide sur des surfaces telles que le papier et le plastique, transformant ces matériaux de tous les jours en "dispositifs intelligents" potentiels. Les efforts futurs visent à élargir l'application à diverses surfaces et à construire des dispositifs intelligents à partir de matériaux traités par cette méthode.

Des scientifiques chinois ont mis au point une technique pour recouvrir des matériaux de tous les jours comme le papier et le plastique avec du métal liquide, créant potentiellement des "appareils intelligents". La méthode, qui consiste à ajuster la pression plutôt qu'à utiliser un matériau liant, permet au métal liquide d'adhérer avec succès aux surfaces, une tâche auparavant difficile en raison de la tension superficielle élevée.

Everyday materials such as paper and plastic could be transformed into electronic "smart devices" by using a simple new method to apply liquid metal to surfaces, according to scientists in Beijing, China. The study, published June 9 in the journal Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Cell Reports Physical Science, démontre une technique pour appliquer un revêtement de métal liquide sur des surfaces qui ne se lient pas facilement au métal liquide. L'approche est conçue pour fonctionner à grande échelle et peut avoir des applications dans les plates-formes de test portables, les dispositifs flexibles et la robotique douce.

"Avant, nous pensions qu'il était impossible pour le métal liquide d'adhérer aussi facilement aux surfaces non mouillantes, mais ici, il ne peut adhérer à diverses surfaces qu'en ajustant la pression, ce qui est très intéressant", a déclaré Bo Yuan, scientifique à Tsinghua. University et le premier auteur de l'étude.

Les scientifiques cherchant à combiner le métal liquide avec des matériaux traditionnels ont été gênés par la tension superficielle extrêmement élevée du métal liquide, qui l'empêche de se lier à la plupart des matériaux, y compris le papier. Pour surmonter ce problème, les recherches antérieures se sont principalement concentrées sur une technique appelée "impression par transfert", qui consiste à utiliser un troisième matériau pour lier le métal liquide à la surface. Mais cette stratégie présente des inconvénients : l'ajout de plus de matériaux peut compliquer le processus et affaiblir les performances électriques, thermiques ou mécaniques du produit final.

Une structure Origami multifonctionnelle construite par le papier traité au métal liquide. Crédit : Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

Pour explorer une approche alternative qui leur permettrait d'imprimer directement du métal liquide sur des substrats sans sacrifier les propriétés du métal, Yuan et ses collègues ont appliqué deux métaux liquides différents (eGaln et BilnSn) à divers tampons en silicone et polymère de silicone, puis ont appliqué différentes forces en frottant. les tampons sur des surfaces en papier.

"Au début, il était difficile de réaliser une adhérence stable du revêtement de métal liquide sur le substrat", a déclaré Yuan. "Cependant, après de nombreux essais et erreurs, nous avons enfin trouvé les bons paramètres pour obtenir une adhérence stable et reproductible."

Les chercheurs ont découvert que le frottement du tampon recouvert de métal liquide contre le papier avec une petite force permettait aux gouttelettes de métal de se lier efficacement à la surface, tandis que l'application de plus grandes quantités de force empêchait les gouttelettes de rester en place.

Ensuite, l'équipe a plié le papier recouvert de métal dans une grue en papier, démontrant que la surface peut toujours être pliée comme d'habitude une fois le processus terminé. Et après cela, le papier modifié conserve toujours ses propriétés habituelles.

Bien que la technique semble prometteuse, Yuan a noté que les chercheurs cherchaient toujours à garantir que le revêtement de métal liquide reste en place après son application. Pour l'instant, un matériau d'emballage peut être ajouté à la surface du papier, mais l'équipe espère trouver une solution qui ne l'exigera pas.

"Tout comme l'encre humide sur papier peut être essuyée à la main, le revêtement de métal liquide sans emballage peut également être essuyé par l'objet qu'il touche lors de son application", a déclaré Yuan. "Les propriétés du revêtement lui-même ne seront pas grandement affectées, mais les objets en contact peuvent être souillés."

À l'avenir, l'équipe prévoit également de s'appuyer sur la méthode afin qu'elle puisse être utilisée pour appliquer du métal liquide sur une plus grande variété de surfaces, y compris le métal et la céramique.

"Nous prévoyons également de construire des appareils intelligents en utilisant des matériaux traités par cette méthode", a déclaré Yuan.

Référence : "Direct fabrication of liquid-metal multifonctionnel paper based on force-responsive adhesive" par Yuan et al., 9 juin 2023, Cell Reports Physical Science.DOI : 10.1016/j.xcrp.2023.101419

Ce travail a été soutenu par la China Postdoctoral Science Foundation, la National Nature Science Foundation of China et le financement de la coopération entre Nanshan et Tsinghua SIGS en science et technologie.