El avance del metal líquido puede transformar materiales cotidianos en “dispositivos inteligentes” electrónicos

Por Cell Press 9 de junio de 2023

Los investigadores han desarrollado un nuevo método para aplicar metal líquido a superficies como papel y plástico, transformando estos materiales cotidianos en potenciales "dispositivos inteligentes". Los esfuerzos futuros tienen como objetivo ampliar la aplicación a diversas superficies y construir dispositivos inteligentes a partir de materiales tratados con este método.

Científicos chinos han ideado una técnica para recubrir materiales cotidianos como papel y plástico con metal líquido, creando potencialmente "dispositivos inteligentes". El método, que implica ajustar la presión en lugar de utilizar un material aglutinante, permite con éxito que el metal líquido se adhiera a las superficies, una tarea que antes era desafiante debido a la alta tensión superficial.

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 Science demuestra una técnica para aplicar un recubrimiento de metal líquido a superficies que no se adhieren fácilmente al metal líquido. El enfoque está diseñado para funcionar a gran escala y puede tener aplicaciones en plataformas de prueba portátiles, dispositivos flexibles y robótica blanda.

"Antes pensábamos que era imposible que el metal líquido se adhiriera tan fácilmente a superficies que no se mojaban, pero aquí puede adherirse a varias superficies sólo ajustando la presión, lo cual es muy interesante", dijo Bo Yuan, científico de Tsinghua. Universidad y el primer autor del estudio.

Los científicos que intentan combinar el metal líquido con materiales tradicionales se han visto obstaculizados por la tensión superficial extremadamente alta del metal líquido, que le impide unirse con la mayoría de los materiales, incluido el papel. Para superar este problema, investigaciones anteriores se han centrado principalmente en una técnica llamada "impresión por transferencia", que implica el uso de un tercer material para unir el metal líquido a la superficie. Pero esta estrategia tiene desventajas: agregar más materiales puede complicar el proceso y debilitar el rendimiento eléctrico, térmico o mecánico del producto final.

Una estructura de Origami multifuncional construida con papel tratado con metal líquido. Crédito: Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

Para explorar un enfoque alternativo que les permitiera imprimir directamente metal líquido sobre sustratos sin sacrificar las propiedades del metal, Yuan y sus colegas aplicaron dos metales líquidos diferentes (eGaln y BilnSn) a varios sellos de silicona y polímeros de silicona, luego aplicaron diferentes fuerzas mientras frotaban. los sellos sobre superficies de papel.

"Al principio, fue difícil lograr una adhesión estable del recubrimiento de metal líquido sobre el sustrato", dijo Yuan. "Sin embargo, después de muchas pruebas y errores, finalmente obtuvimos los parámetros correctos para lograr una adhesión estable y repetible".

Los investigadores descubrieron que frotar el sello cubierto de metal líquido contra el papel con una pequeña cantidad de fuerza permitía que las gotas de metal se unieran efectivamente a la superficie, mientras que aplicar cantidades mayores de fuerza impedía que las gotas permanecieran en su lugar.

A continuación, el equipo dobló el papel recubierto de metal en una grulla de papel, demostrando que la superficie aún se puede doblar como de costumbre una vez completado el proceso. Y tras hacerlo, el papel modificado sigue manteniendo sus propiedades habituales.

Si bien la técnica parece prometedora, Yuan señaló que los investigadores aún están descubriendo cómo garantizar que el recubrimiento de metal líquido permanezca en su lugar después de su aplicación. Por ahora, se puede añadir un material de embalaje a la superficie del papel, pero el equipo espera encontrar una solución que no lo requiera.

"Así como la tinta húmeda sobre el papel se puede limpiar con la mano, el recubrimiento de metal líquido sin embalaje aquí también se puede limpiar con el objeto que toca mientras se aplica", dijo Yuan. "Las propiedades del revestimiento en sí no se verán muy afectadas, pero los objetos en contacto pueden ensuciarse".

En el futuro, el equipo también planea desarrollar el método para que pueda usarse para aplicar metal líquido a una mayor variedad de superficies, incluidas metal y cerámica.

"También planeamos construir dispositivos inteligentes utilizando materiales tratados con este método", dijo Yuan.

Referencia: “Fabricación directa de papel multifuncional de metal líquido basado en adhesión en respuesta a la fuerza” por Yuan et al., 9 de junio de 2023, Cell Reports Physical Science.DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101419

Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Postdoctorales de China, la Fundación Nacional de Ciencias de la Naturaleza de China y la financiación de cooperación entre Nanshan y Tsinghua SIGS en ciencia y tecnología.