液态金属在常温常压下呈液态,导电性能良好。然而,已有的液态金属由于其自身物性或合金组成所限,光泽大多呈银白色,色彩十分单一,相对于工业上对色彩和美观程度要求较高的印刷或涂料应用场合,所制作的产品与人们的审美观相距较远。因此,需要尝试改进或调整液态金属的颜色性能,使其彩色化、丰富化。若能对液态金属赋予彩色功能,将极大提升其性能,并由此实现色彩丰富的印刷电子或3D金属制作,显著增强产品的体验感和艺术价值。正是基于对这一问题的认识,笔者实验室提出了彩色印刷电子学的学术概念[15],并予以研究和应用。
从技术实现的角度看,可尝试将液态金属与彩色染料混合[16],此方面有不少材料学发展空间,当然在应用中会存在难以均匀掺混配制彩色导电墨水这一难题。在液态金属中加载颜料来获得预期色彩的金属材料时,由于所加载的颜料大多为无机氧化物材料,导电性能较差,当颜料颗粒比例过多时,容易对液态金属的性能造成一定影响。不过,借助具有一定色彩的高导电纳米颗粒,可部分改善最终材料的性能。
除上述途径外,通过在液态金属表面涂覆的方法,也可实现彩色液态金属效果,这是现阶段已能实现并有实际应用的一种方法[15]。具体途径如下:首先将液态金属涂覆在基板(纸、PVC等)上,然后借助冷冻过程使液态金属变成固体,再将颜料浆液涂覆在已呈固体状态的液态金属上,待其风干并封装后即可实现彩色化(图16.7)。该方法所制备打印的彩色液态金属,导电性能良好,具有抗氧化性和防锈性。此外,采用涂覆方法制备的彩色液态金属基本上不会对液态金属的导电性能产生任何影响。
图16.7 彩色化液态金属电子电路及其反射率特性[15]
液态金属的彩色化可应用在诸多方面,现阶段已能用彩色化的液态金属制作出各种导电性能良好的电子电路,也可用彩色化的液态金属书写字体,制作精美的艺术工艺品或导电电源等。(www.xing528.com)
除此之外,还可通过包覆纳米、掺杂荧光物或发色基团等手段实现液态金属的彩色化[17],将流动的液态金属赋予色彩(图16.8及图16.9)。由此,液态金属可在保留色彩印制的同时,呈现出柔性化可导电的特点,在其表面特殊发光物或外界光源激励下,能自动改变自身的炫酷外表颜色。
图16.8 笔者实验室制备出的彩色荧光液态金属[17]
图16.9 彩色荧光液态金属光谱特性[17]
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