化学方法擦除电路中的液态金属

应用化学方法来擦除液态金属电路的基本思路是［4］：选择一种化学物质与镓的氧化物起反应，降低液态金属与基片之间的润湿性，或者选择一种化学物质直接与液态金属本身起反应，破坏液态金属本身。选用的化学材料必须无毒、环保、不与基片反应，并且不影响周围电路。此外，化学反应残余物还必须易清除。

镓的润湿能力与其氧化物含量强烈相关，虽然镓及其合金通常不会润湿大多数材料，但当部分镓被氧化后，却能润湿大部分材料［11］。基于此，在打印电子技术中镓基液态金属通常都会被预先部分氧化以增强其润湿能力［10，12］。

镓的化学性质与铝类似，它也是一种两性物质，与碱和酸都能起反应。所以人们可以用碱溶液或者酸溶液来擦除镓基合金。

1.碱溶液

最常用的可溶性碱有氢氧化钠（NaOH）和氢氧化钾（KOH）。这里选用NaOH溶液为例来说明如何用碱溶液移除镓基液态金属。

NaOH与Ga2O3，以及NaOH与Ga的化学反应方程式如下［3］：

实验中使用的NaOH溶液的浓度为6 mol/L，用注射器直接将溶液滴到需要擦除的电路上。

图5.5a显示在光学显微镜下拍到的液态金属电路。用液态金属手写笔在PVC基底上直接写出这些GaIn24.5电路。图5.5b显示了用一个注射器针头将一滴NaOH溶液滴到中间的电路上去，GaIn24.5电路立刻发生断裂并随着时间的增长快速收缩（图5.5c和图5.5d）。20 s后，中间的电路收缩到电路的末端（图5.5e）。在吸走NaOH溶液后，可清楚地看到中间的GaIn24.5电路被完全移除（图5.5f）。因此，用浓度为6 mol/L的NaOH溶液能够很容易地移除精细的液态GaIn24.5电路。原因在于碱能与氧化镓起反应［4］，从而降低电路与基底之间的润湿能力，导致液态金属GaIn24.5电路在基底上发生收缩并从PVC基底上被移除。(www.xing528.com)

图55.55　用NaOH溶液移除液态GaIn24.5电路［4］

a.在PVC基底上原位制备的液态GaIn24.5电路；b.用注射器的针头将一滴浓度为6 mol/L的NaOH溶液滴到中间的电路上去；c-e.分别为NaOH溶液滴到中间电路上后经过5s、10s及20 s后的GaIn24.5电路照片；f.用棉花吸干NaOH溶液后，中间的电路被完全移除。

2.酸溶液

从化学知识里可知镓及其氧化物也能够与强酸，包括盐酸（HCl）、高氯酸（HClO4）、氢溴酸（HBr）、氢碘酸（HI）、硝酸（HNO3）及硫酸（H2SO4）等起反应。这表明在实践过程中，也可以利用酸来移除镓基液态金属。这里选用HCl为例来说明如何用酸溶液来移除镓基液态金属。

HCl与Ga2O3、Ga的化学反应方程式分别为［4］：

实验中使用的HCl溶液的浓度为6 mol/L，用注射器直接将溶液滴到需要移除的电路上。

图5.6a为光学显微镜拍摄的液态金属电路的照片［3］。用液态金属手写笔将GaIn24.5在PVC基底上直接写出电路（与碱溶液实验中使用过的类似）。图5.6b显示用一个注射器的针尖将一滴HCl溶液滴到中间的电路上，GaIn24.5电路立刻断裂并开始向两边收缩（图5.6c）。在HCl溶液滴到GaIn24.5电路上10 s以后，GaIn24.5电路被完全移除（图5.6d）。图5.6d进一步显示出HCl不仅腐蚀目标电路，也能腐蚀周边电路。相同的现象也在HNO3中被观察到。这个现象可归因于酸的挥发性，即酸挥发出来以后飘散到附近的电路上，从而与附近电路上的氧化镓和镓起反应，导致电路收缩。这表明挥发性酸不适合用作移除精细打印的液态金属电路。