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Quì avemu dimustratu e proprietà di umidificazione spontanea è selettiva indotta da l'imbibizione di leghe di metalli liquidi basati in galiu nantu à superfici metalizzate cù caratteristiche topografiche à microscala.L'aliaghji di metalli liquidi basati in galiu sò materiali stupenti cù una tensione di superficia enormosa.Dunque, hè difficiule di furmà in filmi sottili.L'umidificazione cumpleta di l'alliage eutecticu di galiu è indiu hè stata ottenuta nantu à a superficia di ramu microstrutturata in presenza di vapori di HCl, chì sguassate l'ossidu naturali da l'alia di metalli liquidu.Questa umidità hè spiegata numericamente basatu annantu à u mudellu Wenzel è u prucessu di osmosi, chì mostra chì a dimensione di a microstruttura hè critica per a molla efficace di metalli liquidi indotta da osmosi.Inoltre, dimustramu chì l'umidificazione spontanea di metalli liquidi pò esse diretta selettivamente longu e regioni microstrutturate nantu à una superficia metallica per creà mudelli.Stu prucessu simplice riveste uniformemente è forma u metallu liquidu nantu à grandi spazii senza forza esterna o manipulazione cumplessa.Avemu dimustratu chì i sustrati stampati di metalli liquidi conservanu e cunnessione elettriche ancu quandu sò stesi è dopu cicli ripetuti di stiramentu.
L'aliaghji di metalli liquidi basati in Gallium (GaLM) anu attiratu assai attenzione per e so proprietà attraenti, cum'è u puntu di fusione bassu, alta conduttività elettrica, viscosità è flussu bassu, tossicità bassa è alta deformabilità1,2.U gallium puru hà un puntu di fusione di circa 30 ° C, è quandu si fusione in cumpusizioni eutectiche cù certi metalli cum'è In è Sn, u puntu di fusione hè sottu à a temperatura di l'ambienti.I dui GaLM impurtanti sò l'alliage eutecticu di gallium indium (EGaIn, 75% Ga è 25% In in pesu, puntu di fusione: 15,5 ° C) è l'alliage eutectic di gallium indium tin (GaInSn o galinstan, 68,5% Ga, 21,5% In, è 10). % stagno, puntu di fusione: ~11 °C) 1.2.A causa di a so conduttività elettrica in a fase liquida, i GaLM sò attivamente investigati cum'è percorsi elettronici di tensione o deformabili per una varietà di applicazioni, cumprese i sensori elettronici 3,4,5,6,7,8,9 strained or curved 10, 11, 12. , 13, 14 è cunduce 15, 16, 17. A fabricazione di tali dispusitivi per depositu, stampatu è modellu da GaLM richiede cunniscenze è cuntrollu di e proprietà interfaciali di GaLM è u so sustrato sottostanti.I GaLM anu una alta tensione di a superficia (624 mNm-1 per EGaIn18,19 è 534 mNm-1 per Galinstan20,21) chì ponu rende difficili di manighjà o manipulà.A furmazione di una crosta dura di l'oxidu di galiu nativu nantu à a superficia di GaLM in cundizioni ambientali furnisce una cunchiglia chì stabilizza u GaLM in una forma non sferica.Sta pruprietà permette à GaLM per esse stampatu, implantatu in microcanali, è modellatu cù a stabilità interfacial ottenuta da l'ossidi19,22,23,24,25,26,27.A cunchiglia d'ossidu dura permette ancu à GaLM di aderisce à a maiò parte di e superfici lisce, ma impedisce à i metalli di viscosità bassa di scorri liberamente.A propagazione di GaLM nantu à a maiò parte di e superfici richiede a forza per rompe a cunchiglia d'ossidu28,29.
I casci di l'ossidu ponu esse eliminati cù, per esempiu, acidi forti o basi.In l'absenza di l'ossidi, u GaLM forma gocce nantu à quasi tutte e superfici per via di a so tensione di superficia enormosa, ma ci sò eccezzioni: GaLM wet substrats metal.Ga forma ligami metallici cù altri metalli per mezu di un prucessu chjamatu "umidificazione reattiva"30,31,32.Questa umidità reattiva hè spessu esaminata in l'absenza di l'ossidi di a superficia per facilità u cuntattu di metallo à metallu.Tuttavia, ancu cù l'ossidi nativi in ​​GaLM, hè statu infurmatu chì i cuntatti di metallu à metallu si formanu quandu l'ossidi si rompenu à i cuntatti cù superfici metalliche lisce29.L'umidificazione reattiva risulta in anguli di cuntattu bassu è una bona umidità di a maiò parte di i sustrati metallici33,34,35.
Finu à a data, assai studii sò stati realizati nantu à l'usu di e pruprietà favurevuli di a moglia reattiva di GaLM cù metalli per furmà un mudellu GaLM.Per esempiu, GaLM hè stata appiicata à e piste di metalli solidi modellati da smearing, rolling, spraying, o shadow masking34, 35, 36, 37, 38. Wetting selective di GaLM nantu à metalli duru permette à GaLM di furmà mudelli stabili è ben definiti.Tuttavia, l'alta tensione superficiale di GaLM impedisce a furmazione di filmi sottili assai uniformi ancu nantu à sustrati metallici.Per trattà stu prublema, Lacour et al.hà riportatu un metudu per pruduce filmi sottili di GaLM lisci è piatti nantu à grandi spazii evaporendu galiu puru nantu à sustrati microstrutturati rivestiti d'oru37,39.Stu metudu richiede a deposizione di vacuum, chì hè assai lenta.Inoltre, u GaLM ùn hè generalmente micca permessu per tali dispositi per via di una eventuale fragilità40.L'evaporazione diposita ancu u materiale nantu à u sustrato, cusì un mudellu hè necessariu per creà u mudellu.Cerchemu un modu per creà filmi è mudelli GaLM lisci cuncependu caratteristiche metalliche topografiche chì GaLM bagna spontaneamente è selettivamente in assenza di ossidi naturali.Quì raportemu l'umidificazione selettiva spontanea di EGaIn senza ossidu (GaLM tipicu) utilizendu u cumpurtamentu di bagnamentu unicu nantu à sustrati metallici strutturati fotolitograficamente.Creemu strutture di superficia definite fotolitograficamenti à u livellu micro per studià l'imbibizione, cuntrullendu cusì u bagnamentu di metalli liquidi senza ossidu.E proprietà di umidificazione migliorate di EGaIn nantu à superfici metalliche microstrutturate sò spiegate da l'analisi numerica basatu nantu à u mudellu Wenzel è u prucessu di impregnazione.Infine, dimustremu a deposizione di grande area è u mudellu di EGaIn attraversu l'autoassorbimentu, umidificazione spontanea è selettiva nantu à superfici di deposizione di metalli microstrutturati.L'elettrodi di tensione è i calibre di strain chì incorporanu strutture EGaIn sò presentati cum'è applicazioni potenziali.
L'absorzione hè u trasportu capillare in quale u liquidu invade a superficia strutturata 41, chì facilita a diffusione di u liquidu.Avemu investigatu u cumpurtamentu di umidità di EGaIn nantu à e superfici microstrutturate di metalli dipositu in u vapore HCl (Fig. 1).U cobre hè statu sceltu cum'è u metale per a superficia sottu. Nant'à e superfici di ramu flat, EGaIn hà dimustratu un angolo di cuntattu bassu di <20 ° in a presenza di vapore HCl, per via di a moglia reattiva31 (Figura supplementaria 1). Nant'à e superfici di ramu flat, EGaIn hà dimustratu un angolo di cuntattu bassu di <20 ° in a presenza di vapore HCl, per via di a moglia reattiva31 (Figura supplementaria 1). На плоских медных поверхностях EGaIn показал низкий краевой угол <20 ° в присутстви паростви парови зак чал На плоских вания31 (дополнительный рисунок 1). Nantu à e superfici di rame piatte, EGaIn hà dimustratu un angolo di cuntattu bassu <20 ° in presenza di vapore HCl a causa di umidificazione reattiva31 (Figura supplementaria 1).在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn 在存在HCl 蒸气的情况下显示出显示出显示出显示出显示出应润湿，在存在HCl图1）。在平坦的铜表面上，由于反应润湿，EGaIn在存在HCl На плоских медных поверхностях EGaIn демонстрирует низкие краевые углы <20 ° в присутстви присутстви пари HC пари мачивания (дополнительный рисунок 1). Nantu à e superfici di rame piatte, EGaIn mostra anguli di cuntattu bassi <20 ° in presenza di vapore HCl a causa di umidificazione reattiva (Figura supplementaria 1).Avemu misuratu l'anguli di cuntattu stretti di EGaIn nantu à u ramu in massa è nantu à i filmi di rame dipositati nantu à polidimetilsiloxano (PDMS).
a Microstrutture a colonna (D (diametro) = l (distanza) = 25 µm, d (distanza tra le colonne) = 50 µm, H (altezza) = 25 µm) e piramidali (larghezza = 25 µm, altezza = 18 µm) microstrutture su Cu / substrati PDMS.b Cambiamenti dipendente di u tempu in l'angolo di cuntattu nantu à sustrati piani (senza microstrutture) è array di pilastri è piramidi chì cuntenenu PDMS copper-coated.c, d Interval recording of (c) side view è (d) top view of EGaIn wetting nantu à a superficia cù pilastri in presenza di vapore HCl.
Per evaluà l'effettu di a topografia nantu à a umidità, i sustrati PDMS cù un patronu columnar è piramidale sò stati preparati, nantu à quale u cobre hè statu dipositu cù una capa adhesiva di titaniu (Fig. 1a).Hè statu dimustratu chì a superficia microstrutturata di u sustrato PDMS hè stata cunfurmata cù ramu (Figura supplementaria 2).L'anguli di cuntattu di EGaIn dipendenu da u tempu nantu à PDMS di rame modelatu è planari (Cu / PDMS) sò mostrati in Figs.1b.L'angolo di cuntattu di EGaIn nantu à ramu modelatu / PDMS cade à 0 ° in ~ 1 min.L'umidificazione migliorata di e microstrutture EGaIn pò esse sfruttata da l'equazioni di Wenzel \({{{{\rm{cos}}}}}}\,{\theta}_{{rough}}=r\,{{ {{{ \rm{ cos}}}}}}\,{\theta}_{0}\), induve \({\theta}_{{rough}}\) rapprisenta l'angolo di cuntattu di a superficia rugosa, \ (r \) Rugosità di a superficia (= area attuale / area apparente) è angulu di cuntattu nantu à u pianu \({\theta}_{0}\).I risultati di l'umidificazione rinfurzata di EGaIn nantu à e superfici stampate sò in bonu accordu cù u mudellu Wenzel, postu chì i valori r per a superficia di u spinu è piramidale sò 1,78 è 1,73, rispettivamente.Questu significa ancu chì una goccia EGaIn situata nantu à una superficia modellata penetrarà in i solchi di u rilievu sottu.Hè impurtante di nutà chì i filmi piani assai uniformi sò furmati in questu casu, in cuntrastu cù u casu cù EGaIn nantu à superfici non strutturate (Figura supplementaria 1).
Da fig.1c,d (Film Supplementary 1) si pò vede chì dopu à 30 s, quandu l'angolo di cuntattu apparente si avvicina à 0 °, EGaIn cumencia à sparghje più luntanu da u bordu di a goccia, chì hè causatu da l'assorbimentu (Film Supplementary 2 è Supplementary). Fig. 3).Studi precedenti di superfici piatte anu assuciatu l'scala di u tempu di umidità reattiva cù a transizione da a umidità inerziale à viscosa.A dimensione di u terrenu hè unu di i fatturi chjave in a determinazione di l'auto-priming.Paragunendu l'energia di a superficia prima è dopu l'imbibizione da un puntu di vista termodinamicu, l'angolo di cuntattu criticu \({\theta}_{c}\) di l'imbibizione hè statu derivatu (vede Discussione Supplementaria per i dettagli).U risultatu \({\theta}_{c}\) hè definitu cum'è \({{{({\rm{cos))))))\,{\theta}_{c}=(1-{\ phi } _{S})/(r-{\phi}_{S})\) induve \({\phi}_{s}\) rapprisenta l'area fraccionaria in cima di u postu è \(r\ ) rapprisenta a rugosità di a superficia. L'imbibizione pò accade quandu \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), vale à dì, l'angolo di cuntattu nantu à una superficia plana. L'imbibizione pò accade quandu \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), vale à dì, l'angolo di cuntattu nantu à una superficia plana. Впитывание может происходить, когда \ ({\ theta } _ {c} \) > \ ({\ theta } _ {0} \), т.e.контактный угол на плоской поверхности. L'assorbimentu pò accade quandu \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), vale à dì l'angolo di cuntattu nantu à una superficia plana.当\({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\)，即平面上的接触角时，会发生吸吸。当\({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\)，即平面上的接触角时，会发生吸吸。 Всасывание происходит, когда \ ({\ theta} _ {c} \) > \ ({\ theta} _ {0} \), контактный угол на плоскости. L'aspirazione si verifica quandu \({\theta }_{c}\) > \({\theta }_{0}\), l'angolo di cuntattu in u pianu.Per superfici post-patterned, \(r\) è \({\phi}_{s}\) sò calculati cum'è \(1+\{(2\pi {RH})/{d}^{2} \ } \ ) è \(\pi {R}^{2}/{d}^{2}\), induve \(R\) rapprisenta u raghju di a colonna, \(H\) rapprisenta l'altezza di a colonna, è \ ( d\) hè a distanza trà i centri di dui pilastri (Fig. 1a).Per a superficia post-strutturata in fig.1a, l'angolo \({\theta}_{c}\) hè 60 °, chì hè più grande di u pianu \({\theta}_{0}\) (~25 °) in HCl vapore EGaIn senza ossidi su Cu/PDMS.Dunque, e gocce EGaIn ponu facilmente invade a superficia strutturata di a deposizione di cobre in a figura 1a per via di l'absorzione.
Per investigà l'effettu di a dimensione topografica di u mudellu nantu à l'umidità è l'assorbimentu di EGaIn, avemu variatu a dimensione di i pilastri rivestiti di rame.Nantu à fig.2 mostra l'anguli di cuntattu è l'assorbimentu di EGaIn nantu à questi sustrati.A distanza l trà e culonne hè uguali à u diamitru di e culonne D è varieghja da 25 à 200 μm.L'altezza di 25 µm è costante per tutte le colonne.\({\theta}_{c}\) diminuisce cù l'aumentu di a dimensione di a colonna (Table 1), chì significa chì l'assorbimentu hè menu prubabile nantu à sustrati cù colonne più grande.Per tutte e taglie testate, \({\theta}_{c}\) hè più grande di \({\theta}_{0}\) è hè prevista una migliura.In ogni casu, l'absorzione hè raramente osservata per superfici post-patterned cù l è D 200 µm (Fig. 2e).
un angolo di cuntattu dipendente da u tempu di EGaIn nantu à una superficia Cu/PDMS cù colonne di diverse dimensioni dopu l'esposizione à u vapore HCl.b–e Viste in cima è laterali di u bagnamentu EGaIn.b D = l = 25 µm, r = 1,78.in D = l = 50 μm, r = 1,39.dD = l = 100 µm, r = 1,20.eD = l = 200 µm, r = 1,10.Tutti i posti anu una altezza di 25 µm.Queste imagine sò state pigliate almenu 15 minuti dopu l'esposizione à u vapore HCl.E gocce nantu à EGaIn sò l'acqua risultatu da a reazione trà l'ossidu di gallu è u vapore HCl.Tutte e barre di scala in (b - e) sò 2 mm.
Un altru criteriu per determinà a probabilità di l'absorzione di liquidu hè a fissazione di u liquidu nantu à a superficia dopu chì u mudellu hè statu appiicatu.Kurbin et al.Hè statu infurmatu chì quandu (1) i posti sò abbastanza altu, i goccioli seranu assorbiti da a superficia modellata;(2) a distanza trà e culonni hè piuttostu chjuca;è (3) l'angolo di cuntattu di u liquidu nantu à a superficia hè abbastanza chjucu42.Numericamente \({\theta}_{0}\) di u fluidu nantu à un pianu chì cuntene u listessu materiale di sustrato deve esse menu di l'angolo di cuntattu criticu per pinning, \({\theta}_{c,{pin)) } \ ), per l'assorbimentu senza pinning trà i posti, induve \({\theta}_{c,{pin}}={{{{{\rm{arctan}}}}}}(H/\big \{ ( \ sqrt {2}-1)l\big\})\) (vede a discussione supplementu per i dettagli).U valore di \({\theta}_{c,{pin}}\) dipende da a dimensione di u pin (Table 1).Determina u paràmetru adimensionale L = l/H per ghjudicà s'ellu si trova l'assorbimentu.Per l'assorbimentu, L deve esse menu di u standard di soglia, \({L}_{c}\) = 1/\(\big\{\big(\sqrt{2}-1\big){{\tan} } { \ theta}_{{0}}\large\}\).Per EGaIn \(({\theta}_{0}={25}^{\circ})\) nantu à un sustrato di rame \({L}_{c}\) hè 5,2.Siccomu a colonna L di 200 μm hè 8, chì hè più grande di u valore di \({L}_{c}\), l'assorbimentu EGaIn ùn si trova micca.Per pruvà più l'effettu di a geometria, avemu osservatu l'autopriming di diversi H è l (Figura Supplementaria 5 è Tavola Supplementaria 1).I risultati accunsenu bè cù i nostri calculi.Cusì, L diventa un predictor efficace di l'absorzione;metallu liquidu ferma assorbiu a causa di pinning quandu a distanza trà i pilastri hè relativamente grande paragunatu à l'altezza di i pilastri.
U umidità pò esse determinata basatu annantu à a cumpusizioni di a superficia di u sustrato.Avemu investigatu l'effettu di a cumpusizioni di a superficia nantu à l'umidificazione è l'assorbimentu di EGaIn co-depositing Si è Cu nantu à pilastri è piani (Figura Supplementaria 6).L'angolo di cuntattu EGaIn diminuisce da ~ 160 ° à ~ 80 ° cum'è a superficia binaria Si / Cu aumenta da 0 à 75% à un cuntenutu di cobre pianu.Per una superficie 75% Cu/25% Si, \({\theta}_{0}\) è ~ 80°, che corrisponde a \({L}_{c}\) uguale a 0,43 secondo la definizione precedente .Perchè e colonne l = H = 25 μm cù L uguale à 1 più grande di u sogliu \({L}_{c}\), a superficia 75% Cu / 25% Si dopu à u mudellu ùn assorbe micca per via di l'immobilizazione.Siccomu l'angolo di cuntattu di EGaIn aumenta cù l'aghjunzione di Si, H più altu o l inferiore hè necessariu per superà a pinning è l'impregnazione.Dunque, postu chì l'angolo di cuntattu (ie \({\theta}_{0}\)) dipende da a cumpusizioni chimica di a superficia, pò ancu determinà se l'imbibizione si trova in a microstruttura.
L'assorbimentu di EGaIn nantu à u ramu / PDMS modelatu pò bagnà u metallu liquidu in mudelli utili.Per evaluà u minimu numeru di linee di colonna chì causanu l'imbibizione, i pruprietà di umidificazione di EGaIn sò stati osservati nantu à Cu / PDMS cù linee post-pattern chì cuntenenu diversi numeri di linea di colonna da 1 à 101 (Fig. 3).Wetting si trova principalmente in a regione post-patterning.U Wicking EGaIn hè stata osservata in modu affidabile è a durata di u wicking cresce cù u numeru di fila di colonne.L'absorzione ùn si faci quasi mai quandu ci sò posti cù dui o menu linee.Questu pò esse duvuta à l'aumentu di a pressione capillari.Per l'absorzione per esse in un patronu columnar, a prissioni capillari causata da a curvatura di a testa EGaIn deve esse superata (Figura Supplementaria 7).Assumindu un raghju di curvatura di 12,5 µm per una testa EGaIn a fila unica cù un mudellu di colonna, a pressione capillare hè ~ 0,98 atm (~740 Torr).Stu altu prissioni Laplace pò prevene wetting causatu da absorption di EGaIn.Inoltre, menu fila di culonni ponu riduce a forza di assorbimentu chì hè dovuta à l'azzione capillare trà EGaIn è colonne.
a Gocce di EGaIn su Cu/PDMS strutturato con pattern di diverse larghezze (w) in aria (prima di esposizione a vapore HCl).File di rack partendu da a cima: 101 (w = 5025 µm), 51 (w = 2525 µm), 21 (w = 1025 µm) è 11 (w = 525 µm).b Umidificazione direzionale di EGaIn su (a) dopo esposizione a vapore HCl per 10 min.c, d Bagnature di EGaIn su Cu/PDMS con strutture colonnari (c) due file (w = 75 µm) e (d) una fila (w = 25 µm).Queste imagine sò state pigliate 10 minuti dopu l'esposizione à u vapore HCl.Le barre di scala su (a, b) e (c, d) sono rispettivamente di 5 mm e 200 µm.E frecce in (c) indicanu a curvatura di a testa EGaIn per via di l'assorbimentu.
L'absorption di EGaIn in Cu / PDMS post-patterned permette à EGaIn per esse furmatu da a mozza selettiva (Fig. 4).Quandu una goccia di EGaIn hè posta nantu à una zona modellata è esposta à u vapore HCl, a goccia EGaIn colapseghja prima, furmendu un picculu angolo di cuntattu mentre l'acidu elimina a scala.In seguitu, l'absorzione principia da u latu di a goccia.U mudellu di grande spaziu pò esse ottinutu da EGaIn centimeter-scala (Fig. 4a, c).Siccomu l'absorzione si trova solu nantu à a superficia topografica, EGaIn solu wet l'area di u mudellu è guasi ferma di bagnà quandu ghjunghje à una superficia plana.In cunseguenza, cunfini sharp di i mudelli EGaIn sò osservati (Fig. 4d, e).Nantu à fig.4b mostra cumu EGaIn invade a regione non strutturata, in particulare intornu à u locu induve a goccia EGaIn hè stata urigginariamente posta.Questu era perchè u diametru più chjucu di e gocce EGaIn utilizzate in stu studiu superava a larghezza di e lettere stampate.Gocce di EGaIn sò stati posti nantu à u situ di u patronu per iniezione manuale attraversu una agulla 27-G è una siringa, risultatu in gocce cù una dimensione minima di 1 mm.Stu prublema pò esse risolta usendu gocce EGaIn più chjuche.In generale, a Figura 4 mostra chì l'umidificazione spontanea di EGaIn pò esse indotta è diretta à superfici microstrutturate.Paragunatu à u travagliu precedente, stu prucessu di bagnamentu hè relativamente veloce è ùn hè necessaria alcuna forza esterna per ottene una bagnatura cumpleta (Tabella supplementaria 2).
emblema di l'università, a lettera b, c in forma di fulmine.La regione assorbente è coperta da una serie di colonne con D = l = 25 µm.d, l'imaghjini ingrandati di e coste in e (c).Les barres d'échelle sur (a–c) et (d, e) sont respectivement 5 mm et 500 µm.À (c–e), picculi gocce nantu à a superficia dopu l'adsorption si trasformanu in acqua cum'è u risultatu di a reazione trà l'oxidu di gallu è u vapore HCl.Ùn hè statu osservatu un effettu significativu di a furmazione di l'acqua nantu à a bagnatura.L'acqua hè facilmente sguassata per un prucessu simplice di siccà.
A causa di a natura liquida di EGaIn, EGaIn rivestitu Cu/PDMS (EGaIn/Cu/PDMS) pò esse usatu per elettrodi flessibili è elastici.La Figura 5a compara i cambiamenti di resistenza di Cu/PDMS originale e EGaIn/Cu/PDMS sotto carichi differenti.A resistenza di Cu/PDMS cresce bruscamente in tensione, mentre chì a resistenza di EGaIn/Cu/PDMS resta bassa in tensione.Nantu à fig.5b è d mostranu l'imaghjini SEM è i dati EMF currispondenti di Cu / PDMS crudo è EGaIn / Cu / PDMS prima è dopu l'applicazione di tensione.Per Cu/PDMS intatti, a deformazione pò causà crepe in a film dura di Cu depositata nantu à PDMS a causa di una mancata corrispondenza di elasticità.In cuntrastu, per EGaIn/Cu/PDMS, EGaIn rivesti ancu bè u substratu Cu/PDMS è mantene a continuità elettrica senza alcuna crepa o deformazione significativa, ancu dopu chì a tensione hè applicata.I dati EDS anu cunfirmatu chì u gallium è l'indiu da EGaIn sò stati distribuiti uniformemente nantu à u substratu Cu / PDMS.Hè nutate chì u gruixu di a film EGaIn hè u listessu è cumparabile cù l'altezza di i pilastri. Questu hè ancu cunfirmatu da più analisi topografiche, induve a diffarenza relativa trà u gruixu di a film EGaIn è l'altezza di u postu hè <10% (Figura Supplementaria 8 è Table 3). Questu hè ancu cunfirmatu da più analisi topografiche, induve a diffarenza relativa trà u gruixu di a film EGaIn è l'altezza di u postu hè <10% (Figura Supplementaria 8 è Table 3). Это также подтверждается дальнейшим топографическим анализом, где относительная раузная раузная разнеским анализом EGaIn и высотой столба составляет <10% (дополнительный рис. 8 и таблица 3). Questu hè ancu cunfirmatu da più analisi topografiche, induve a diffarenza relativa trà u gruixu di film EGaIn è l'altezza di a colonna hè <10% (Figura supplementaria 8 è Table 3).进一步的形貌分析也证实了这一点，其中EGaIn 薄膜厚度与柱子高度之间度之间度之间皹%1 8 和表3）。 <10% Это также было подтверждено дальнейшим топографическим анализом, где относительная ральная ральна енки EGaIn и высотой столба составляла <10% (дополнительный рис. 8 и таблица 3). Questu hè statu ancu cunfirmatu da più analisi topografiche, induve a diffarenza relativa trà u gruixu di film EGaIn è l'altezza di a colonna era <10% (Figura supplementaria 8 è Table 3).Questa umidità basata nantu à l'imbibizione permette à u gruixu di i rivestimenti EGaIn esse bè cuntrullati è manteni stabile nantu à grandi spazii, chì altrimenti hè sfida per a so natura liquida.Les figures 5c et e confrontent la conductivité et la résistance à la déformation de l'original Cu/PDMS et EGaIn/Cu/PDMS.In a demo, u LED si accende quandu hè cunnessu à elettrodi Cu/PDMS o EGaIn/Cu/PDMS intatti.Quandu Cu/PDMS intactu hè allungatu, u LED si spegne.Tuttavia, l'elettrodi EGaIn / Cu / PDMS sò stati cunnessi elettricamente ancu sottu a carica, è a luce LED s'attenua ligeramente per via di a resistenza di l'elettrode aumentata.
a Resistenza normalizzata cambia cù a carica crescente nantu à Cu/PDMS è EGaIn/Cu/PDMS.b, d images SEM è analisi di spettroscopia di raghji X (EDS) dispersiva d'energia prima (top) è dopu (bottom) polydiplexes caricate in (b) Cu/PDMS è (d) EGaIn/Cu/methylsiloxane.c, e LED attaccati à (c) Cu/PDMS è (e) EGaIn/Cu/PDMS prima (in cima) è dopu (in basso) stretching (~ 30% di stress).A barra di scala in (b) è (d) hè 50 µm.
Nantu à fig.6a mostra a resistenza di EGaIn / Cu / PDMS in funzione di ceppa da 0% à 70%.L'aumentu è a ricuperazione di a resistenza hè proporzionale à a deformazione, chì hè in bonu accordu cù a lege di Pouillet per i materiali incompressibili (R/R0 = (1 + ε)2), induve R hè a resistenza, R0 hè a resistenza iniziale, ε hè a deformazione 43. L'altri studii anu dimustratu chì quandu, quandu si stende, i particeddi solidi in un mediu liquidu ponu riarrangerà è diventanu più uniformemente distribuiti cù una coesione megliu, riducendu cusì l'aumentu di drag 43, 44 . In stu travagliu, però, u cunduttore hè> 99% di metallu liquidu da u voluminu postu chì i film Cu sò solu 100 nm grossu. In stu travagliu, però, u cunduttore hè> 99% di metallu liquidu da u voluminu postu chì i film Cu sò solu 100 nm grossu. Однако в этой работе проводник состоит из >99% жидкого металла по объему, так как птленю 1 Cu нм. Tuttavia, in stu travagliu, u cunduttore hè custituitu da> 99% di metallu liquidu per voluminu, postu chì i film Cu sò solu 100 nm grossu.然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99% 的液态（液态（有膜只有然而，在这项工作中，由于Cu 薄膜只有100 nm 厚，因此导体是>99%Tuttavia, in stu travagliu, postu chì a film Cu hè solu 100 nm grossu, u cunduttore hè custituitu di più di 99% di metallu liquidu (per volumi).Per quessa, ùn avemu micca aspittà chì Cu per fà una cuntribuzione significativa à e proprietà elettromeccaniche di i cunduttori.
un cambiamentu normalizatu in a resistenza EGaIn / Cu / PDMS versus strain in u range 0-70%.U stress massimu righjuntu prima di fallimentu di u PDMS era 70% (Figura supplementaria 9).I punti rossi sò valori teorichi previsti da a lege di Puet.b Test di stabilità di conducibilità EGaIn/Cu/PDMS durante cicli ripetuti di stretch-stretch.Una ceppa di 30% hè stata utilizata in a prova ciclica.A barra di scala nantu à l'inseritu hè 0,5 cm.L è a lunghezza iniziale di EGaIn/Cu/PDMS prima di stretching.
U fattore di misurazione (GF) esprime a sensibilità di u sensoru è hè definitu cum'è u rapportu di u cambiamentu in a resistenza à u cambiamentu di a tensione45.GF hà aumentatu da 1.7 à 10% strain à 2.6 à 70% strain per via di u cambiamentu geomètrico di u metale.Comparatu à altri strain gauges, u valore GF EGaIn/Cu/PDMS hè moderatu.Cum'è un sensoru, ancu s'ellu u so GF ùn pò micca esse particularmente altu, l'EGaIn / Cu / PDMS mostra un cambiamentu di resistenza robusta in risposta à una carica bassa di u rapportu di signale à u rumore.Per valutà a stabilità di a conducibilità di EGaIn / Cu / PDMS, a resistenza elettrica hè stata monitorata durante cicli ripetuti di stretch-stretch à 30% di tensione.Comu mostra in fig.6b, dopu à 4000 ciculi di stretching, u valore di resistenza ferma in u 10%, chì pò esse dovutu à a furmazione cuntinua di scala durante i cicli di stretching ripetuti46.Cusì, a stabilità elettrica à longu andà di EGaIn / Cu / PDMS cum'è un elettrodu stretchable è l'affidabilità di u signale cum'è un strain gauge sò stati cunfirmati.
In questu articulu, discutemu di e proprietà di umidificazione mejorate di GaLM nantu à superfici metalliche microstrutturate causate da infiltrazione.L'umidificazione spontanea cumpleta di EGaIn hè stata ottenuta nantu à superfici metalliche colonnari è piramidali in presenza di vapore HCl.Questu pò esse spiegatu numericamente basatu annantu à u mudellu di Wenzel è u prucessu di wicking, chì mostra a dimensione di a post-microstruttura necessaria per u wetting induced wicking-induced.L'umidificazione spontanea è selettiva di EGaIn, guidata da una superficia metallica microstrutturata, permette di applicà rivestimenti uniformi nantu à grandi spazii è furmà mudelli di metalli liquidi.I sustrati Cu / PDMS rivestiti di EGaIn conservanu e cunnessione elettriche ancu quandu sò stirati è dopu cicli di stiramentu ripetuti, cum'è cunfirmatu da SEM, EDS è misurazioni di resistenza elettrica.Inoltre, a resistenza elettrica di Cu / PDMS rivestita cù EGaIn cambia in modu reversibile è affidabile in proporzione à a tensione applicata, chì indica a so applicazione potenziale cum'è un sensor di strain.I pussibuli vantaghji furniti da u principiu di umidificazione di metalli liquidi causati da l'imbibizione sò i seguenti: (1) U revestimentu GaLM è u mudellu pò esse rializatu senza forza esterna;(2) A bagnatura di GaLM nantu à a superficia di a microstruttura rivestita di rame hè termodinamica.u film GaLM resultante hè stabile ancu sottu deformazione;(3) cambiendu l'altitudine di a colonna rivestita di cobre pò furmà una film GaLM cù un grossu cuntrullatu.Inoltre, questu approcciu reduce a quantità di GaLM necessariu per furmà a film, cum'è i pilastri occupanu una parte di a film.Per esempiu, quandu un array di pilastri cù un diametru di 200 μm (cù una distanza trà i pilastri di 25 μm) hè introduttu, u voluminu di GaLM necessariu per a furmazione di film (~ 9 μm3 / μm2) hè paragunabile à u voluminu di film senza. pilastri.(25 µm3/µm2).Tuttavia, in questu casu, deve esse cunsideratu chì a resistenza teorica, stimata secondu a lege di Puet, cresce ancu nove volte.In generale, e proprietà uniche di umidificazione di metalli liquidi discussi in questu articulu offrenu un modu efficae per deposità metalli liquidi nantu à una varietà di sustrati per l'elettronica stretchable è altre applicazioni emergenti.
I sustrati PDMS sò stati preparati mischjendu a matrice Sylgard 184 (Dow Corning, USA) è l'induritore in proporzioni di 10: 1 è 15: 1 per i testi di trazione, seguita da a cura in un fornu à 60 ° C.U ramu o u siliciu hè statu dipositu nantu à wafers di siliciu (Silicon Wafer, Namkang High Technology Co., Ltd., Republica di Corea) è sustrati PDMS cù una strata adesiva di titaniu di 10 nm grossu utilizendu un sistema di sputtering persunalizatu.Strutture colonnari è piramidali sò dipositati nantu à un sustrato PDMS utilizendu un prucessu fotolitograficu di wafer di siliciu.A larghezza è l'altezza di u mudellu piramidale sò 25 è 18 µm, rispettivamente.La hauteur du modèle de barre a été fixée à 25 µm, 10 µm et 1 µm, et son diamètre et son pas variaient de 25 à 200 µm.
L'angolo di cuntattu di EGaIn (gallium 75.5% / indiu 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republic of Korea) hè stata misurata cù un analizatore di forma di goccia (DSA100S, KRUSS, Germania). L'angolo di cuntattu di EGaIn (gallium 75.5% / indiu 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republic of Korea) hè stata misurata cù un analizatore di forma di goccia (DSA100S, KRUSS, Germania). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5 %/индий 24,5 %, > 99,99 %, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с поюмали поьна поюз тора (DSA100S, KRUSS, Германия). L'angolo di punta di EGaIn (gallium 75.5% / indiu 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republic of Korea) hè statu misuratu cù un analizatore di gocce (DSA100S, KRUSS, Germania). EGaIn（镓75.5%/铟24.5%，>99.99%，Sigma Aldrich，大韩民国）的接触角使用滴形分析仴形分析仪（分析仪（分析仪（DSA，大韩民国）量。 EGaIn (gallium75.5%/indium24.5%, >99.99%, Sigma Aldrich, 大韩民国) hè stata misurata cù un analizzatore di cuntattu (DSA100S, KRUSS, Germania). Краевой угол EGaIn (галлий 75,5%/индий 24,5%, > 99,99%, Sigma Aldrich, Республика Корея) измеряли с поюмоф апли (DSA100S, KRUSS, Германия). L'angolo di punta di EGaIn (gallium 75.5% / indiu 24.5%,> 99.99%, Sigma Aldrich, Republic of Korea) hè statu misuratu cù un analizzatore di forma di tappi (DSA100S, KRUSS, Germania).Pone u sustrato in una camera di vetru di 5 cm × 5 cm × 5 cm è mette una goccia di 4-5 μl di EGaIn nantu à u sustrato cù una siringa di 0,5 mm di diametru.Per creà un mediu di vapore HCl, 20 μL di suluzione HCl (37% in peso, Samchun Chemicals, Republic of Korea) sò stati posti accantu à u sustrato, chì hè statu evaporatu abbastanza per riempie a camera in 10 s.
A superficia hè stata stampata cù SEM (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea).EDS (Tescan Vega 3, Tescan Korea, Republic of Korea) hè stata utilizata per studià l'analisi qualitativa elementale è a distribuzione.A topografia di a superficia EGaIn/Cu/PDMS hè stata analizata cù un profilometru otticu (The Profilm3D, Filmetrics, USA).
Per investigà u cambiamentu di a conductività elettrica durante i cicli di stiramentu, i campioni cù e senza EGaIn sò stati chjappi nantu à l'equipaggiu di stretching (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Repubblica di Corea) è sò stati cunnessi elettricamente à un metru di fonte Keithley 2400. Per investigà u cambiamentu di a conductività elettrica durante i cicli di stiramentu, i campioni cù e senza EGaIn sò stati chjappi nantu à l'equipaggiu di stretching (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Repubblica di Corea) è sò stati cunnessi elettricamente à un metru di fonte Keithley 2400. Для Исследования изменения 的одности о бекепная - Sistema di Negozio di Stretchera, Р Oеспубликаккакорея )ons. 的 Кизмерителюqle Keithley 2400. Per studià u cambiamentu di a conductività elettrica durante i cicli di stiramentu, i campioni cù e senza EGaIn sò stati muntati nantu à un equipamentu di stretching (Bending & Stretchable Machine System, SnM, Republic of Korea) è cunnessi elettricamente à un metru di fonte Keithley 2400.Per studià u cambiamentu di a conductività elettrica durante i cicli di stretching, i campioni cù e senza EGaIn sò stati muntati nantu à un dispositivu di stiratura (Bending and Stretching Machine Systems, SnM, Republic of Korea) è cunnessi elettricamente à un Keithley 2400 SourceMeter.Misura u cambiamentu di resistenza in u intervallu da 0% à 70% di a tensione di mostra.Per a prova di stabilità, u cambiamentu in a resistenza hè stata misurata nantu à 4000 30% ciculi di strain.
Per più infurmazione nantu à u disignu di studiu, vede l'astrattu di studiu di Natura ligatu à questu articulu.
I dati chì sustenenu i risultati di stu studiu sò presentati in l'Informazioni Supplementari è i schedarii di Dati Crudi.Questu articulu furnisce i dati originali.
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