液态金属在皮肤基底上的喷涂印刷过程

印刷过程如图14.7所示，首先制作相应的镂空掩模板（图14.7a），掩膜板的材质可以是不锈钢板、布料、塑料、硅胶等，然后用微型气动喷枪将配置好的液态金属电子墨水喷在贴附于皮肤相应位置的掩膜板上（图14.7b），液态金属在喷口处被高能气体射流破碎成细小的微滴，雾化成微滴，透过掩膜板缝隙沉积到皮肤上［16］，形成电路（图14.7c）。

图14.7　液态金属在皮肤基底上的喷涂印刷过程［16］

a.设计好的喷印掩膜板；b.通过掩膜板在衬底上制造叉指电极的技术原理；c.喷笔液态金属雾化机械原理。

液态金属电子墨水熔点低，一般在室温下能始终保持液态，因此喷涂印刷过程中无需加热模块。需要说明的是，由于液态金属表面氧化物会使得液态金属黏附在喷枪壁上堵塞喷枪，所以对于这种喷印技术，液态金属电子墨水在进入喷枪前必须去氧化。(www.xing528.com)

液态金属表面张力大，通过触角测量仪测定金属液滴和皮肤表面之间的静态接触角为100.5°，也就是说液态金属本身和皮肤之间是不润湿的。喷涂印刷的方法可以增大液态金属沉积在皮肤上的压力，同时液态金属在喷涂过程中破碎成微米级液滴，也会增大液态金属在空气中的氧化程度，从而增加液态金属在皮肤上的黏附性。如图14.8a所示，液态金属GaIn24.5在高压空气的作用下，会破碎成微液滴，其表面在空气中迅速氧化，氧化的液态金属微滴表面有极性原子。此外，皮肤表面也可能含有某些极性分子（图14.8b）。由于液态金属微滴在一定的初速下将会撞击皮肤表面，极性原子或极性皮肤分子之间通过范德瓦尔斯力被牢固地吸附在皮肤表面下。然后微液滴之间会相互融合最终形成液态金属导电层的吸附膜。对于小尺寸的液体微滴，它的比表面积更大，所以氧化过程会比正常尺寸下的液态金属液滴快，因此可以氧化比较充分，从而很好地黏附在皮肤上，最终结成液态金属膜。

图14.8　喷涂液态金属衬底上薄膜基本工艺原理［13，16］

a.喷射形成液态金属膜的方法；b.液态金属微滴附着于基板及合并成膜的原理。