液态金属在常见固体基底上的黏附特性

液态金属领域近年来取得的一个重要进展是，将液态金属发展成了极具实践优势的、非常高效的电子墨水［3］。在各种应用中，墨水与基底之间的黏附性是直接关系到印刷电子器件最终使用性能和可靠性的关键因素。如果墨水与基底的黏附性差，容易脱落，则其优良的性能将无法付诸实际应用。因此，保证墨水和相应基底的黏附性是实现印刷电子器件特定功能的基础。

墨水与基底之间的黏附性是指两种相同或不相同物质相接触时发生的界面作用，是评价墨水性能的重要指标之一。图2.4为液态金属在多种常见柔性基底上的直接涂覆结果［3］。其中，液态金属是纯度99.99%的镓和铟金属配制而成的镓铟合金，配制完成后直接用于书写。此时，可观察到其表面并不光亮，这是由已形成的一层致密的表面氧化层所致。基底材料分别为打印纸（a）、涤纶布（b）、泡沫塑料（c）、聚四氟乙烯（d）、聚苯乙烯（e）、涤棉布（f），除打印纸、涤纶布和涤棉布外，其他三种基底材料均先用无水乙醇清洗过并晾干。从图2.4可明显看出，镓铟合金在打印纸和涤纶布上团聚成球状，而在其他四种基底材料上虽能画出类似线形的形状，但可以明显观察到基底上的液态金属线条较粗，且较短，无法实现连续书写，说明液态金属与基底之间的黏附性很差。

图2.4未作处理的液态金属在柔性基底上直接书写的情况［3］

a.打印纸；b.涤纶布；c.泡沫塑料；d.聚四氟乙烯；e.聚苯乙烯；f.涤棉布。(www.xing528.com)

作为对比，笔者实验室通过微量氧化反应法制备了氧含量为0.026wt.%的镓铟合金墨水。大量重复测试发现，该墨水与包括柔性材料和刚性材料在内的大部分基底材料均可以实现良好的黏附［3］。图2.5给出了一些代表性结果。这里，选取的基底材料分别为：环氧树脂（a）、玻璃（b）、塑料（c）、硅胶（d）、打印纸（e）、棉纸（f）、棉布（g）、玻璃纤维布（h）。从图中很容易发现，尽管各种材料具有明显不同的表面粗糙度，但镓铟合金墨水均与其表现出了较为出色的黏附性，因而已能直接用作电子印刷墨水。

图2.5　液态金属墨水在各种基底上直接书写的情况［3］

a.环氧树脂；b.玻璃；c.塑料；d.硅胶；e.打印纸；f.棉纸；g.棉布；h玻璃纤维布。