机械方法擦除液态金属的选择与效果分析

本章所说的机械方法是指一种只利用外部机械力，但不引起任何化学反应的擦除液态金属的方法［4］。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［3］。基于这一想法，笔者实验室制备出了对应的液态金属擦除器。

图5.4　用机械方法擦除GaIn24.5薄膜［4］

a.液态金属擦除器结构；b.制备在玻璃基底上的GaIn24.5薄膜；c.当液态金属擦除器在不装有乙醇的条件下对GaIn24.5薄膜进行擦除时，GaIn24.5薄膜不能被完全擦除；d.当液态金属擦除器在装有乙醇的条件下对GaIn24.5薄膜进行擦除时，GaIn24.5薄膜被成功擦除。

图5.4a展示了液态金属擦除器的几何结构。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5.4b显示了在实验中用直写方法在玻璃基底（75 mm×52 mm×1 mm）上制备的液态共晶镓铟合金（GaIn24.5）薄膜样品。从图中可以清楚地看出［4］，当液态金属擦除器在不装有乙醇的情况下对GaIn24.5薄膜进行擦除时，GaIn24.5薄膜不能被完全擦除（图5.4c）。反之，当液态金属擦除器在装有乙醇的情况下对GaIn24.5薄膜进行擦除时，GaIn24.5薄膜则很容易地被擦除（图5.4d）。(www.xing528.com)

上述结果显示，液态金属擦除剂扮演着重要的角色。所以，机械方法中非常关键的一步就是选择一种合适的擦除剂。为了这个目的，可测试一系列典型的室温液体材料（表5.3）。通过对比各种液体材料，可以发现，由于乙醇具有无毒、易干燥、能有效地擦除镓基液态金属等特点，所以它是一种良好的擦除镓基液态金属的擦除剂［3］。擦除剂能够帮助擦除液态金属的原因可以这样来解释［3］：当擦除器在液态金属薄膜的表面上滑动时，棉花头里面的纤维在液态金属薄膜上刮出许多划痕。当擦除器不装擦除剂的时候，由于液态金属和基底之间较强的润湿能力，这些划痕通常会自我愈合，所以此时液态金属不能被有效擦除。然而，当擦除器装有擦除剂的时候，由于擦除剂比液态金属具有更好的流动性，所以擦除剂能够更快地填充划痕。这时候液态金属表面上的划痕就再也不能很好地愈合，导致液态金属薄膜被分隔成许多小片。这些液态金属小片进一步被棉花纤维细分，进而被往前推进形成许多球状颗粒。最后，液态金属颗粒被擦除剂包裹，从而不能润湿基底。同时液态金属细颗粒被擦除剂包裹隔离开来，无法合并成大颗粒。这极大地方便了擦除器能从基底表面带走液态金属颗粒。从这个意义上说，擦除剂阻止了液态金属重新黏附到基底上，从而可促进高效快速地擦除液态金属。

表5.3　机械方法中使用的擦除剂［3］

从上面的比较分析可以看出，液态金属擦除器的擦除效果是由如下两个因素决定［3］：一是擦除剂的黏度；二是擦除剂和液态金属之间的润湿能力。这表明机械方法强烈地依赖于选择一种合适的擦除剂。一种好的擦除剂应具有较低的黏度，并且和液态金属之间具有好的润湿性。