Rheologische Modifikation von flüssigem Metall für die additive Fertigung von dehnbaren Elektronik

Zusammenfassung Eine der Herausforderungen bei der schnellen Herstellung flexibler Elektronik ist die Komplexität, die mit dem Drucken von Schaltungen aus dehnbaren Leitern verbunden ist. Eutektische Galliumlegierungen werden typischerweise als leitfähiges Material verwendet, da sie einzigartige hohe Leitfähigkeit, Selbstheilung und dehnbare Eigenschaften besitzen. Allerdings wurde eine begrenzte 3D-Druckfähigkeit durch die Nutzung der strukturellen Stabilisierung ermöglicht, die durch die dünne Galliumoxid-Schicht bereitgestellt wird. Vertikale Strukturen sind mit flüssigem Metall (LM) aufgrund der niedrigen Viskosität und der hohen Oberflächenspannung der Galliumlegierung schwer zu drucken, was leicht zur Koaleszenz führt. Es wird eine Methode vorgestellt, um die physikalische Struktur des flüssigen Metalls durch die Einbeziehung von leitfähigen Nano- oder Mikronickel-Füllstoffen zu verändern. Die resultierende rheologische Modifikation des flüssigen Metalls zu einer Paste erhöht den fluidischen elastischen Modul und die Fließgrenze drastisch, wodurch es 3D-druckbar wird. Zudem behält die Modifikation die hohe elektrische Leitfähigkeit (3,9 × 10^6 ± 9,5 × 10^5 S m −1) und Dehnbarkeit (über 350% Dehnung) von reinem flüssigem Metall bei. Die Fähigkeit, 3D-stehende Strukturen mit dieser hochleitfähigen Metallpaste zu drucken, eröffnet neue Möglichkeiten zur Herstellung komplexerer dehnbarer Elektronik.