Onderzoekers van het College of Engineering van de Oregon State University hebben een belangrijke stap gezet in de richting van de snelle productie van flexibele computerschermen en andere rekbare elektronische apparaten. inclusief zachte robots.

De vooruitgang van een team binnen het Collaborative Robotics and Intelligent Systems Institute van de universiteit effent de weg naar het 3D-printen van hoge, gecompliceerde structuren met een sterk geleidende galliumlegering.

Onderzoekers stoppen nikkel nanodeeltjes in het vloeibare metaal, galinstan, om het te verdikken tot een pasta met een consistentie die geschikt is voor additive manufacturing.

"De vloeibare legering was onmogelijk om in hoge structuren te leggen, " zei Yi?it Mengüç, assistent-professor werktuigbouwkunde en co-corresponderende auteur van het onderzoek. "Met de pasta-achtige textuur, het kan worden gelaagd met behoud van zijn vermogen om te stromen, en om de binnenkant van rubberen buizen uit te rekken. We hebben het potentieel van onze ontdekking aangetoond door 3D-printen van een zeer rekbaar tweelaags circuit waarvan de lagen in en uit elkaar weven zonder elkaar aan te raken."

De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materiaaltechnologieën .

Galliumlegeringen worden al gebruikt als geleidend materiaal in flexibele elektronica; de legeringen hebben een lage toxiciteit en een goede geleidbaarheid, plus ze zijn goedkoop en "zelfherstellend" - in staat om weer aan elkaar te hechten op breekpunten.

Maar voorafgaand aan de bij OSU ontwikkelde modificatie, die ultrasoonapparaat gebruikte - de energie van geluid - om de nikkeldeeltjes en het geoxideerde gallium in het vloeibare metaal te mengen, de bedrukbaarheid van de legeringen was beperkt tot 2-dimensionaal.

Voor deze studie is onderzoekers printten structuren tot 10 millimeter hoog en 20 millimeter breed.

"Vloeibaar metaal printen is een integraal onderdeel van het flexibele elektronicaveld, " zei co-auteur Do?an Yirmibe?o?lu, een robotica Ph.D. student aan de OSU. "Additive manufacturing maakt snelle fabricage van ingewikkelde ontwerpen en circuits mogelijk."

Het veld biedt een scala aan producten, waaronder elektrisch geleidend textiel; buigbare displays; sensoren voor koppel, druk en andere soorten spanning; draagbare sensorkostuums, zoals die worden gebruikt bij de ontwikkeling van videogames; antennes; en biomedische sensoren.

"De toekomst is heel rooskleurig, " zei Yirmibe?o?lu. "Het is gemakkelijk voor te stellen dat je zachte robots maakt die klaar zijn voor gebruik, dat loopt gewoon de printer uit."

De pasta van galliumlegering vertoont verschillende functies die nieuw zijn op het gebied van flexibele elektronica, voegde co-corresponderende auteur Uranbileg Daalkhaijav toe, doctoraat kandidaat in de chemische technologie.

"Het kan gemakkelijk en snel worden gemaakt, " zei Daalkhaijav. "De structurele verandering is permanent, de elektrische eigenschappen van de pasta zijn vergelijkbaar met puur vloeibaar metaal, en de pasta behoudt zelfherstellende eigenschappen."

Toekomstig werk zal de exacte structuur van de pasta onderzoeken, hoe de nikkeldeeltjes worden gestabiliseerd, en hoe de structuur verandert naarmate de pasta ouder wordt.