研究人員為可穿戴設(shè)備開發(fā)3D 打印鎵碳復合材料

2024年6月17日，南極熊獲悉，來自葡萄牙英布拉大學的研究人員正在使用鎵碳復合材料 3D 打印可穿戴電子產(chǎn)品中的傳感器-加熱器-電池系統(tǒng)。這些應用需要柔韌、耐用的材料，這些材料在應變下仍能保持功能性。鎵基液態(tài)金屬 (LM) 因其高導電性和流體可變形性而非常適合這些應用。然而，由于鎵基液態(tài)金屬的粘度低且表面張力高，打印它們具有挑戰(zhàn)性。

△Ga–CB–SIS 復合油墨在不同基材上的 2D 和 3D 數(shù)字印刷適性。（圖片來源：科英布拉大學）

相關(guān)研究以題為題為“Gallium–Carbon: A UniversalComposite for Sustainable 3D Printing of Integrated Sensor–Heater–BatterySystems in Wearable and Recyclable Electronics/鎵-碳：用于可穿戴和可回收電子產(chǎn)品中集成傳感器-加熱器-電池系統(tǒng)的可持續(xù) 3D 打印的通用復合材料”的論文被發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c02706

該團隊開發(fā)了一種鎵-碳黑-苯乙烯異戊二烯嵌段共聚物 (Ga–CB–SIS) 復合材料來解決這些問題。這種復合材料經(jīng)濟高效且可持續(xù)，用碳代替銀等金屬。它可進行數(shù)字打印且無需燒結(jié)，無需熱燒結(jié)，可實現(xiàn)多層 3D 打印。該復合材料還具有對各種基材（包括熱敏材料）的出色粘附性。

△Ga–CB–SIS 復合材料：（A）構(gòu)成材料、特性、3D 打��；（B）應用；（C）集成傳感器-加熱器-電池系統(tǒng)的制造。

Ga-CB-SIS 可發(fā)揮多種功能，包括作為互連件、傳感器、加熱器和儲能電極。它在暴露于溶劑蒸汽時具有自修復特性，有助于有效修復電路。此外，該復合材料可回收利用，并已證明使用深共晶溶劑 (DES) 可回收鎵。

該復合材料的開發(fā)涉及優(yōu)化 CB/Ga 比率以平衡導電性和機械完整性。發(fā)現(xiàn) 0.043 的 CB/Ga 比率是最佳的，可實現(xiàn)低電阻和應變下的穩(wěn)定行為。該比率還確保了可打印性和可拉伸性，使該復合材料適用于各種應用，包括低電阻加熱器、電池和電氣互連。

總體而言，Ga–CB–SIS 代表了可穿戴和可回收電子產(chǎn)品 3D 打印的可持續(xù)解決方案，將傳感器、電池和加熱功能集成到單個設(shè)備中。該復合材料的特性和可打印性為柔性和可拉伸電子產(chǎn)品的創(chuàng)新應用打開了大門。