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液态金属导电物机械擦除在基底表面的作用机制

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:液态金属电子制造由于自身的优势[22],可望在许多领域得到广泛应用。在机械方法中,设计了一种液态金属薄膜“擦除器”,结果显示,乙醇是一种很好的机械擦除剂。任何与液态金属相关的应用都有可能遇到维修、清理、更新等问题。图9.17a显示了液态金属擦除器的几何结构[23]。然而,当液态金属擦除器在装有乙醇的情况下对EGaIn薄膜进行擦除时,EGaIn薄膜很容易地被擦除。

液态金属导电物机械擦除在基底表面的作用机制

液态金属电子制造由于自身的优势[22],可望在许多领域得到广泛应用。在所有这些应用中,经常遇到需要修改液态金属电路或者移除部分不需要的电路的情况,而打印废弃物也需要予以妥善回收并实现良好的资源再利用。Ma等为此发展了三类擦除镓基液态金属电路和薄膜的方法[23],即:机械方法、化学方法、电化学方法。在机械方法中,设计了一种液态金属薄膜“擦除器”,结果显示,乙醇是一种很好的机械擦除剂。在化学方法中,选用碱和酸来擦除精细打印的液态金属电路,结果显示,NaOH溶液是一种很好的化学擦除剂。在电化学方法中,用水覆盖了待擦除目标区域的液态金属薄膜,并施加一个15 V的电压,从而成功地移除了目标区域的液态金属薄膜。

任何与液态金属相关的应用都有可能遇到维修、清理、更新等问题。比如,液态金属电路的某一部分可能需要修改,实验和应用中液态金属残余物需要清除(基于清理和回收的目的)等。在所有这些情况之下,人们必须找到一种合适的方法以及合适的材料(“擦除剂”)来擦除和收集不需要的液态金属。这就要求要么降低液态金属与基地之间的润湿能力,要么直接破坏液态金属本身。

这里所说的机械方法(或物理方法)是指一种只利用外部机械力,但不利用也不引起任何化学反应的擦除液态金属的方法。由于这种方法需要利用各种机械刮擦过程来擦除液态金属,所以该方法中关键的一点就是要在机械刮擦过程中设法阻止液态金属重新黏附到基片上[23]。基于这一想法,笔者实验室制备了一个液态金属擦除器(图9.17a)。

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图9.17 用机械方法擦除EGaIn薄膜[23]

a.液态金属擦除器,包含一个擦除剂容器和一个棉花头;b.制备在玻璃基片上的EGaIn薄膜;c.当液态金属擦除器在不装乙醇对EGaIn薄膜进行擦除时,EGaIn薄膜不能被完全擦除;d.当液态金属擦除器在装有乙醇对EGaIn薄膜进行擦除时,EGaIn薄膜被成功地擦除。

图9.17a显示了液态金属擦除器的几何结构[23]。它由一个擦除剂容器和一个棉花头组成。容器里的擦除剂可以沿着棉花里的纤维输送到棉花头部,而棉花头用来刮擦液态金属。图9.17b显示了在实验中用直写方法[22]在玻璃基片上制备的EGaIn薄膜样品。可以清楚地看出,当液态金属擦除器在不装乙醇的情况下对EGaIn薄膜进行擦除时,EGaIn薄膜不能被完全擦除(图9.17c)。然而,当液态金属擦除器在装有乙醇的情况下对EGaIn薄膜进行擦除时,EGaIn薄膜很容易地被擦除(图9.17d)。

上述结果显示,液态金属擦除剂(乙醇)扮演着一个重要的角色。所以,机械方法中非常重要的一步就是选择一种合适的擦除剂。为了这个目的,Ma等[23]测试了一系列典型的常温液体材料。通过比较各种液体材料,发现乙醇是一种很好的擦除镓基液态金属的擦除剂,因为它无毒、容易干燥,而且能有效地擦除镓基液态金属。

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