Ingenieurs van de North Carolina State University hebben vacuüm gebruikt om een ​​efficiëntere, handsfree methode voor het vullen van complexe microkanalen met vloeibaar metaal. Hun werk richt zich op twee van de meest voorkomende problemen bij het creëren van met vloeibaar metaal gevulde microkanalen en kan een breder gebruik van vloeibare metalen in elektronische en microfluïdische toepassingen mogelijk maken.

Vloeibare metalen zijn veelbelovend als zacht, rekbare elektrische componenten zoals antennes, circuits, elektroden en draden. Deze toepassingen vereisen vaak de mogelijkheid om het vloeibare metaal in verschillende en soms gecompliceerde vormen te modelleren op schalen kleiner dan 100 micron, of de breedte van een mensenhaar. Dit wordt bereikt door het vloeibare metaal in microkanalen te duwen - kleine, hol, buisachtige structuren in een flexibel elastomeer materiaal. De meest gebruikelijke methode voor het maken van deze patronen is injectie, die het metaal via een klein gaatje in de kanalen duwt, of inlaat.

Echter, injectie heeft twee specifieke nadelen. Eerst, de druk die nodig is om het metaal in het microkanaal te duwen, kan ervoor zorgen dat de kanalen scheuren en lekken. Tweede, om het kanaal volledig te vullen, de lucht die erin opgesloten zit, moet een ontsnappingsmogelijkheid hebben. Dat betekent dat elk kanaal twee openingen moet hebben - een inlaat en een uitlaat - die extra ruimte innemen en microkanaalvervorming op de uitlaatplaats kunnen veroorzaken.

"Door vacuüm te gebruiken, kunnen we beide problemen oplossen, " zegt Michael Dickey, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering aan NC State en corresponderende auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven. "We plaatsen een druppel vloeibaar metaal bovenop de inlaat en stellen het elastomeer bloot aan vacuüm. De lucht ontsnapt uit het microkanaal door de druppel vloeibaar metaal die de inlaat bedekt, of door de wanden van de kanalen zelf. Wanneer het elastomeer weer aan de atmosfeer wordt blootgesteld, het metaal wordt in de microkanalen geduwd."

Om de effectiviteit van de aanpak te testen, Dickey en zijn team creëerden een "doolhof" van microkanalen in poly(dimethylsiloxaan), of PDMS, een siliciumelastomeer dat vaak wordt gebruikt in microfluïdische toepassingen. De microkanalen waren 100 micron breed en 50 micron hoog, met kleine doorsneden, talrijke vestigingen, en veel doodlopende wegen. Door de kleinschaligheid en beperkte ruimte was er slechts één inlaat en geen ruimte om uitlaten te perforeren zodat de lucht kon ontsnappen. Toen plaatsten ze een druppel van het vloeibare metaal EGain, een mengsel van gallium en indium, bovenop de inlaat en stel deze bloot aan vacuüm.

"Met behulp van vacuüm ontdekten we dat de kanalen volledig gevuld waren met minder defecten in vergelijking met de injectiemethode, en zonder dat er stopcontacten nodig zijn, ' zegt Dikkie.

De krant, "Vacuümvullen van complexe microkanalen met vloeibaar metaal, " verschijnt in Lab op een chip .