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變身鋼鐵俠:液態金屬智能服裝問世
發布:Iron_MAN10   時間:2019/8/7 10:22:28   閱讀:168 
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超級英雄電影《復仇者聯盟3》中鋼鐵俠身穿的逆天戰衣——納米液態金屬戰衣可以從方舟反應爐中析出,覆蓋全身,變成堅固的鋼鐵戰衣。電影中的納米液態金屬不僅可以幻化成各種武器,而且嵌入人工智能系統,具有快速反應能力。不同于電影中自動覆蓋全身形成堅固戰甲的納米液態金屬材料,現實中的液態金屬是一類低熔點的合金材料,可以在室溫環境中保持液體形態。將液態金屬與服裝結合,則可以創造出更加智能的衣服。
 

圖1 《復仇者聯盟3》中的納米液態金屬戰衣

近日,來自清華大學的劉靜教授和張瑩瑩教授的研究團隊聯合開發了一種液態金屬智能服裝的制備方法。利用這種方法可以方便快捷地在棉布上制備出大面積的液態金屬電路,并且制備的液態金屬電路可以隨服裝被任意折疊和拉伸?;詿酥票阜椒?,研究人員設計出具有人機交互、無線供電、柔性顯示以及人體熱管理等多種功能的智能服裝系統。

傳統制造服裝的布料往往由纖維編織而成,具有粗糙的表面形貌。前期的研究發現這種粗糙的界面使得液態金屬難以附著在其表面。因此,研究人員使用絲網印刷方法首先在棉布表面覆蓋一層聚乙酸乙烯酯(PVAC)膠膜,這層膠膜滲透進布料纖維之間的空隙,并在布料表面形成光滑平整的界面,而且這層膠膜具有對液態金屬具有極好的粘附性,可以將液態金屬牢固地黏附在其表面。

此外,在該項研究中研究人員使用了摻雜金屬銅微顆粒的半液態金屬漿料(Cu-EGaIn)代替液態金屬鎵銦合金,這種漿料相比液態金屬鎵銦合金具有更高的導電性(6×106 S m−1),并且其較高的塑形能力使得服裝電路結構更為穩定,使用滾輪涂布的方法即可快速黏附到PVAC膠膜上。最后,為提高液態金屬服裝電路的穩定性和防水能力,研究人員將Ecoflex膠膜覆蓋在液態金屬電路表面,完成電路封裝。
 

圖2 液態金屬智能服裝的制備方法。(a)摻雜不同比例銅粉的Cu-EGaIn漿料;(b-c) Cu-EGaIn漿料的表面成分和微觀形貌;(d) 未固化成膜的聚乙酸乙烯酯(PVAC)膠;(e) 液態金屬電路分別在針織棉布和梭織棉布上的制備流程。

相比于傳統的可拉伸導電材料,Cu-EGaIn漿料具有超高的導電性以及較好的順應性,即使布料被拉伸或折疊,其上的Cu-EGaIn漿料仍能夠隨之產生相應的形變,并且保持電路連接的穩定性。在此,研究人員展示了一系列基于該項技術制備的液態金屬智能服裝。
 


圖3 (a-b)液態金屬交互式智能服裝電路;(c-e)液態金屬可拉伸LED服裝電路;(f)液態金屬無線供電服裝電路。


圖4 液態金屬熱管理服裝電路。

這種液態金屬智能服裝的制備方法操作簡單,不需要復雜昂貴的制備設備,與剛性電子器件結合可以制造出多功能、大面積的可穿戴柔性電子設備,為開發個性化定制智能服裝提供了新的解決途徑。

該成果以“Semi-liquid Metal enabled Highly Conductive Wearable Electronics for Smart Fabrics” 為題發表在國際知名期刊ACS Applied Materials& Interfaces上,論文第一作者為清華大學博士生國瑞,通訊作者為清華大學劉靜教授和張瑩瑩教授。

論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.9b08067


來源:高分子科學前沿
 
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