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2023-02-04 14:02

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2023年2月2日，上海交通大学邓涛、尚文、美国北卡罗莱纳州立大学Michael D. Dickey及美国A123系统研发中心Jun Wang在Science 在线发表题为“Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems”的研究论文，该研究表明柔软、不透气和无线通信密封的液态金属可用于可拉伸系统的制备。

该研究演示了液态金属的使用，它显示了金属和流体特性，作为可拉伸密封。这种软密封既用于可拉伸电池，也用于涉及挥发性流体(包括水和有机流体)的可拉伸传热系统。在500次循环后，电池的容量保留率为~72.5%，密封传热系统在拉伸和加热时的导热系数增加了约309 w/(m·k)。此外，通过信号传输窗口的结合，该研究演示了通过这种密封的无线通信。总之，这项工作为为软器件创造可拉伸且密封的包装设计方案提供了一条途径。

人机界面和软设备的可拉伸电子控制系统的快速发展。传统的刚性电子器件被封装在包装材料中，以使反应性物质(如氧气和水)远离敏感材料，从而确保器件的长期稳定性。然而，没有等效的可拉伸包装为可拉伸设备和系统提供密封。可拉伸材料，如弹性体，具有大的自由体积和高的链迁移率，因此易于渗透气体。因此，杨氏模量低的材料通常具有较高的透气性。目前解决这一挑战的方法包括将杨氏模量低的材料(如弹性体)与低透气性的材料(如无机或金属材料)相结合，但这些方法要么显示出有限的拉伸性能，要么显示出有限的密封性能。

液态金属(LMs)具有金属和流体特性，因此提供了实现可拉伸和密封的机会。金属，如铝和钢，被认为是优良的渗透屏障，因此在食品工业中用于罐头食品和包装衬垫(如薯片袋)。然而，金属通常是不可拉伸的，LMs，尤其是镓及其合金，是一个例外，最近引起了研究界越来越多的关注。它们的金属导电性和流体变形性使它们适合应用于可拉伸和软电子。它们的金属热导率和流体变形性也提供了使用它们作为热界面材料从电子设备散热的潜力。LMs还应具有与金属相似的密封性能，同时其杨氏模量远低于密封性能有限的普通弹性体。这种低杨氏模量和低气体渗透性的组合使LMs成为可拉伸密封的理想候选材料。

LMs的透气性（图源自Science ）

该研究检查了LMs的密封性能，并演示了由LMs与间隔器集成实现的可拉伸密封。在这项研究中使用了一种常见的LM，共晶镓铟合金(EGaIn)。其具有低渗透性，可以阻止氧气、水和乙醇等气体和蒸汽的运移。此外，LMs还具有金属、热、化学和电学特性，可以进一步利用这些特性在这种封装电子设备的阻挡材料中提供额外的功能。总之，这项工作为制造长期稳定运行的柔软可拉伸器件提供了有前途的途径。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade7341

来源 | iNature

编辑/审核：Andy

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