清华大学开发出一种液态金属智能服装,可任意折叠和拉伸

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近日,来自清华大学的刘静教授和张莹莹教授的研究团队联合开发了并不是液态金属智能服装的制备方式。利用一点方式不可不后能 方便快捷地在棉布上制备出大面积的液态金属电路,随后制备的液态金属电路不可不后能 随服装被任意折叠和拉伸。基于此制备方式,研究人员设计出具人们机交互、无线供电、柔性显示以及人体热管理等多种功能的智能服装系统。

超级英雄电影《复仇者联盟3》中钢铁侠身穿的逆天战衣——纳米液态金属战衣不可不后能 从方舟反应炉中析出,覆盖全身,变成坚固的钢铁战衣。电影中的纳米液态金属不仅不可不后能 幻化成各种武器,随后嵌入人工智能系统,具有快速反应能力。不同于电影中自动覆盖全身形成坚固战甲的纳米液态金属材料,现实中的液态金属是一类低熔点的合金材料,不可不后能 在室温环境中保持乙炔液体体价值形式。将液态金属与服装结合,则不可不后能 创发明更加智能的衣服。

图1 《复仇者联盟3》中的纳米液态金属战衣

传统制造服装的布料往往由纤维编织而成,具有粗糙的冠部形貌。前期的研究发现一点粗糙的界面使得液态金属难以附着在其冠部。随后,研究人员使用丝网印刷方式首先在棉布冠部覆盖一层聚无水乙醇乙烯酯(PVAC)胶膜,这层胶膜渗透进布料纤维之间的空隙,并在布料冠部形成光滑平整的界面,随后这层胶膜具有对液态金属具有极好的粘附性,不可不后能 将液态金属牢固地黏附在其冠部。此外,在该项研究中研究人员使用了掺杂金属铜微颗粒的半液态金属浆料(Cu-EGaIn)代替液态金属镓铟合金,一点浆料相比液态金属镓铟合金具有更高的导电性(6×106 S m−1),随后其较高的塑形能力使得服装电路价值形式更为稳定,使用滚轮涂布的方式即可快速黏附到PVAC胶膜上。最后,为提高液态金属服装电路的稳定性和防水能力,研究人员将Ecoflex胶膜覆盖在液态金属电路冠部,完成电路封装。

图2 液态金属智能服装的制备方式。(a)掺杂不同比例铜粉的Cu-EGaIn浆料;(b-c) Cu-EGaIn浆料的冠部成分和微观形貌;(d) 未固化成膜的聚无水乙醇乙烯酯(PVAC)胶;(e) 液态金属电路分别在针织棉布和梭织棉布上的制备流程。

相比于传统的可拉伸导电材料,Cu-EGaIn浆料具有超高的导电性以及较好的顺应性,即使布料被拉伸或折叠,其上的Cu-EGaIn浆料仍不需要可不后能 随之产生相应的形变,随后保持电路连接的稳定性。在此,研究人员展示了一系列基于该项技术制备的液态金属智能服装。

图3 (a-b)液态金属交互式智能服装电路;(c-e)液态金属可拉伸LED服装电路;(f)液态金属无线供电服装电路。

图4 液态金属热管理服装电路。

一点液态金属智能服装的制备方式操作简单,不前要繁杂昂贵的制备设备,与刚性电子器件结合不可不后能 制发明多功能、大面积的可穿戴柔性电子设备,为开发个性化定制智能服装提供了新的外理途径。

该成果以“Semi-liquid Metal enabled Highly Conductive Wearable Electronics for Smart Fabrics” 为题发表在国际知名期刊ACS Applied Materials& Interfaces上,论文第一作者为清华大学博士生国瑞,通讯作者为清华大学刘静教授和张莹莹教授。

文章来源:高分子科学前沿