PDMS封装液态金属性能测试优化方法

对于用直写式方法打印的液态金属电路，一般都是先将打印完成的液态金属置于冰箱中使液态金属冷冻固化，然后再进行PDMS封装。这样做的目的是为了防止在常温下对电路进行封装时会造成液态金属在基底上流动变形，影响电路正常工作。

但是，对于本章所讨论的使用喷雾打印方法制作的织物上的液态金属电路，并未将液态金属冷冻固化后再进行封装，而是直接在常温条件下进行封装，原因如下［3］：使用喷枪雾化的液态金属液滴，会由于氧化层以及压力的作用，在相对粗糙的布料基底上、下两层纤维上都表现出良好的黏附效果。特别是下层纤维上的液态金属，就如同是房子的地基，会对整个液态金属导线的稳定性起到良好作用。此外，由于喷雾打印的液态金属图案是由无数的雾滴溶合形成的，其氧化成分相对于直写法而言高出很多，而这些氧化成分的类物体性质，也保证了整个液态金属图案不会变形。因此，使用喷雾方法打印在布料上的液态金属，并不容易产生流动变形，可以直接用PDMS封装。

为了进一步研究PDMS封装对液态金属电学性能的影响，使用同一个掩膜依次在布料上喷雾打印3条导线，并用PDMS对这些导线进行封装［3，4］。在封装前后分别对这3条导线进行-180°～180°的弯曲形变，并用安捷伦数据采集仪测量整个过程中导线电阻的变化情况，测量结果如图15.9所示。从图中可以看出，液态金属导线在用PDMS封装前后，并没有出现明显的电阻值变化，这也证明了在常温条件下对布料上的液态金属导线进行封装并不会造成明显影响。(www.xing528.com)

图15.9　封装前后液态金属导线在不同弯曲角度下的电阻变化［3］

此外，在封装前，对弯折不同程度的液态金属导线进行电阻测量，发现相对于未弯折时的电阻值而言，增加程度最大可达35%，这主要是由于液态金属导线在弯折的时候会在预先打印的轨迹内流动所造成。具体来说，在弯折的时候液态金属导线的各点就不再处于同一平面上，位置较高处的液态金属会由于重力的作用向下流动。但是由于液态金属本身和布料基底是非润湿的，而导线底层良好黏附在织物经线和纬线上的液态金属和上层的导线可以相互融合，因此导线上层的液态金属在弯折的时候会沿着预先打印的轨迹流动；弯折时候处于较高处的液态金属会在重力的作用下向较低处流动聚集，导致导线内部各处液态金属分布不均，从而表现出导线电阻值增大。进一步在封装之后，再对弯折不同程度的液态金属导线进行电阻测量，发现电阻值最大的变化程度只有未弯折时阻值的5%，可以认为封装后的液态金属导线基本不受弯曲形变的影响。这是因为PDMS封装后，液态金属导线的流道大小就已经确定了，又由于液体可以近似看做不可压缩，因此在弯折过程中，液态金属的流动量不大，对整个导线电阻的影响也可以忽略不计。