天津科大《AFM》：基于木质素的液态金属颗粒封装技术！用于柔性高效的可回收电子产品188金宝搏手机网页

2024-01-03 20:56:31

　　室温液态金属（RTLM）具有出色的形状重构能力，是柔性电极、传感器和能源设备的理想材料。然而，由于室温液态金属的表面张力高、附着力弱，因此打印基底、图案化和复原工艺的类型受到限制。开发先进的封装技术对 RTLM 的图案化至关重要。木质素具有丰富的羟基和良好的自组装特性，因此作为纳米分散剂和纳米载体具有巨大的推广潜力。

　　来自天津科技大学的学者报告了一种利用工业木质素进行稳定、均匀和可重现共晶镓铟（EGaIn）图案化的绿色简便封装方法。木质素封装的 EGaIn 粒子表现出良好的稳定性，只需用一支简单的圆珠笔就能在各种基底表面进行图案化。在弯曲和扭转（720°）条件下，导电轨道的电阻变化很小。更重要的是，木质素封装系统可以轻松溶解和再生，分子动力学模拟和密度泛函理论计算也证明了这一点。该系统可回收 96.9% 的 EGaIn。这些特性使其在整个制备过程中都非常环保，可应用于柔性传感器、瞬态电路和许多其他领域。相关工作以题为“Lignin-Based Encapsulation of Liquid Metal Particles for Flexible and High-Efficiently Recyclable Electronics”的研究性文章发表在Advanced Functional Materials。

　　图 1. a-c) 木质素包覆 EGaIn 粒子的制备过程示意图，d) 使用圆珠笔在木质素包覆 EGaIn 粒子制备的墨水中书写/绘制图案的过程。e) 印刷在 PVA 基底上并用 PVA 薄膜封装的瞬态电路图。f) 从瞬态电路溶解中回收的液态金属。g) 书写痕迹在滚动后成为导电体。h) 木质素封装 EGaIn 粒子和基底在书写后的结构图。

　　图 2. a) 纯木质素和木质素封装 EGaIn 粒子的 XPS 光谱。b) 纯木质素和木质素封装 EGaIn 粒子的 XPS C 1s 光谱。c) 木质素包覆 EGaIn 粒子的XPS Ga 3d 光谱。e) 木质素包覆 EGaIn 粒子、木质素乙醇溶液和木质素碱溶液的傅立叶变换红外光谱。f) 木质素包囊颗粒直径随超声时间的变化趋势。g) 木质素包囊的扫描电子显微镜（SEM）图像。h) 透射电子显微镜（TEM）图像显示了木质素包囊 EGaIn 颗粒上的自组装木质素层（插图）。i) 木质素包囊 EGaIn 颗粒的相应 EDS 分析。

　　图 3. a) 在不同基材上书写的痕迹。b,c) 用滚筒处理前后书写痕迹表面和横截面的 SEM 图像。d) 用滚筒处理硬质和软质表面上的痕迹，并将其连接到电路中以点亮 LED 灯泡。e) 用滚筒处理颗粒后 PVC 板上导电痕迹的电阻。f) 用木质素封装 EGaIn 颗粒制备的墨水绘制的导电中国传统图案 双龙戏珠。

　　图 4. 使用木质素封装的 EGaIn粒子印刷电路的电气性能与 a) 弯曲直径和 b) 扭转角度的函数关系。c) 边缘场数字间电容传感器的工作原理图。d) 手指不同移动方向时的相对电容变化。e) 不同手指程度的电容响应，f) 不同手指数量的电容响应

　　图 5. 乙醇和 NaOH 水溶液中木质素模型的理论构型。a,b)木质素的化学结构；c,d)散点图和 f,g) 木质素在乙醇中两个最低能量构型的密度梯度等值面；e)散点图和 h) 木质素在 NaOH 水溶液中最低能量构型的密度梯度等值面（木质素：CPK 模型，C-灰色，H-白色，O-红色），以及 f) 不同环境中木质素堆叠和伸展构型的玻尔兹曼分布图。

　　图 6. a) 木质素包封 EGaIn 粒子的循环制备和长期稳定性。b) 乙醇和 NaOH 水溶液中EGaIn 与牛皮纸木质素界面的结构模型

　　图 7. 在水中触发瞬态电路，依次关闭LED 灯并回收液态金属。 a) 示意图和 b) 数码照片。c) 水位上升时每个 LED 灯熄灭的时间。d) 柔性木质素封装 EGaIn 粒子电子器件与其他已报道的基于 RTLM 系统的综合比较的雷达图

　　总之，本文报道了一种制备木质素包封 EGaIn 粒子的绿色简便方法，该方法可控制 EGaIn 粒子的大小，并具有良好的稳定性、分散性和粘附性188金宝搏手机网页，使其易于在不同基底上图案化。基于木质素封装的 EGaIn 粒子，成功地制造出了柔性电路和瞬态电路，分别用于监测行为和顺序关闭一系列LED 灯。更重要的是，木质素封装系统具有极高的回收效率，EGaIn 的回收率高达 96.9%。利用木质素包覆 EGaIn 粒子制备的导电图案可以用标准化的加工方法替代，用于制作柔性电路和其他导电图形和薄膜。使用合适的印刷设备、配件和印刷工艺，可以实现高分辨率。木质素包封 EGaIn 粒子的这种可循环导电轨迹不仅将为柔性瞬态电子设备、传感器和生物医学设备带来新的设计，还将开拓木质素在高精度领域的应用，甚至推动传统生物炼制产业的转型升级。（文:SSC）

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