액체 금속의 획기적인 발전으로 일상 재료를 전자 "스마트 장치"로 변환할 수 있음

By Cell Press2023년 6월 9일

연구원들은 종이나 플라스틱과 같은 표면에 액체 금속을 적용하여 이러한 일상적인 재료를 잠재적인 "스마트 장치"로 변환하는 새로운 방법을 개발했습니다. 미래의 노력은 다양한 표면에 적용을 확대하고 이 방법으로 처리된 재료로 스마트 장치를 만드는 것을 목표로 합니다.

중국 과학자들이 종이나 플라스틱과 같은 일상적인 재료를 액체 금속으로 코팅하여 잠재적으로 "스마트 장치"를 만드는 기술을 고안했습니다. 결합 물질을 사용하는 대신 압력을 조절하는 이 방법은 높은 표면 장력으로 인해 이전에는 어려웠던 작업인 액체 금속을 표면에 성공적으로 부착할 수 있게 해줍니다.

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 Science에서는 액체 금속과 쉽게 접착되지 않는 표면에 액체 금속 코팅을 적용하는 기술을 보여줍니다. 이 접근 방식은 대규모로 작동하도록 설계되었으며 웨어러블 테스트 플랫폼, 유연한 장치 및 소프트 로봇공학에 응용될 수 있습니다.

"이전에는 액체 금속이 젖지 않는 표면에 그렇게 쉽게 부착하는 것이 불가능하다고 생각했지만, 여기서는 압력을 조정해야만 다양한 표면에 부착할 수 있다는 점이 매우 흥미롭습니다."라고 Tsinghua의 과학자인 Bo Yuan은 말했습니다. 대학이자 연구의 첫 번째 저자입니다.

액체 금속과 전통적인 재료를 결합하려는 과학자들은 액체 금속의 극도로 높은 표면 장력으로 인해 종이를 포함한 대부분의 재료와 결합할 수 없게 되었습니다. 이 문제를 극복하기 위해 이전 연구에서는 제3의 재료를 사용해 액체 금속을 표면에 결합시키는 '트랜스퍼 프린팅(transfer Printing)'이라는 기술에 주로 초점을 맞춰왔다. 그러나 이 전략에는 단점이 있습니다. 더 많은 재료를 추가하면 공정이 복잡해지고 최종 제품의 전기, 열 또는 기계적 성능이 약화될 수 있습니다.

액체 금속 처리 종이로 제작된 다기능 종이접기 구조입니다. 출처: Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

금속의 특성을 희생하지 않고 기판에 액체 금속을 직접 인쇄할 수 있는 대체 접근 방식을 탐색하기 위해 Yuan과 동료들은 두 가지 다른 액체 금속(eGaln 및 BilnSn)을 다양한 실리콘 및 실리콘 폴리머 스탬프에 적용한 다음 문지르면서 서로 다른 힘을 가했습니다. 종이 표면에 스탬프를 찍습니다.

Yuan은 "처음에는 기판에 액체 금속 코팅을 안정적으로 접착하는 것이 어려웠습니다."라고 말했습니다. "그러나 많은 시행착오 끝에 마침내 안정적이고 반복 가능한 접착력을 달성할 수 있는 올바른 매개변수를 확보했습니다."

연구진은 액체 금속으로 덮인 우표를 종이에 약간의 힘으로 문지르면 금속 방울이 표면에 효과적으로 결합할 수 있는 반면, 더 큰 힘을 가하면 방울이 제자리에 머물지 못하게 된다는 사실을 발견했습니다.

다음으로, 팀은 금속 코팅지를 종이학으로 접어서 공정이 완료된 후에도 표면이 여전히 평소와 같이 접힐 수 있음을 보여주었습니다. 그렇게 한 후에도 변형된 종이는 여전히 일반적인 특성을 유지합니다.

이 기술은 유망해 보이지만 Yuan은 연구원들이 액체 금속 코팅이 적용된 후에도 제자리에 유지되도록 보장하는 방법을 여전히 찾고 있다고 지적했습니다. 현재로서는 종이 표면에 포장재를 추가할 수 있지만 팀은 이를 필요로 하지 않는 솔루션을 찾기를 희망하고 있습니다.