液体金属3Dプリントで再構成可能なアンテナを形成

液体金属3Dプリントで再構成可能なアンテナを形成
出典: 電子工学 3Dプリンティング

液体金属は、非晶質で流動性のある液体の形状を持つ金属材料の一種です。液体金属材料として誰もが最初に思い浮かべるのは「水銀」かもしれません。実際、現在液体金属には「ガリウム」、「インジウム」、およびそれらの関連合金材料も含まれます。現在、国内の液体金属分野の研究は、中国科学院と清華大学の劉静教授のチームが代表的であり、インクジェットや直接書き込みなどのさまざまなプロセスを採用して、液体金属の特性と特定の分野への応用に関する関連研究を行っています。この分野からは、北京孟志墨社や雲南中一液体金属社など、液体金属関連の技術系企業が誕生し、関連分野に応用されています。

最近、韓国の研究者は液体金属3Dプリント技術を使用して再構成可能なアンテナを形成しました。これにより、3D 金属印刷の分野以外にも間違いなく新しい技術が開拓されました。液体金属 3D 印刷の応用により、スケーラブルな多様で統合された構造を形成できます。将来の応用分野としては、伸縮性エレクトロニクス、ウェアラブルエレクトロニクス、ソフトブレーキ、ロボット工学などの分野が含まれます。

液体金属成形微細構造 これまで、フレキシブルデバイスは、消費者に快適さを提供したり、操作しやすい機能的なボディである必要がありましたが、そのようなフレキシブルデバイスに適した材料を見つけるのは多くの課題に直面していました。著者らは、波形金属、金属メッシュ、さまざまな複合材料の開発にもかかわらず、導体材料の脆さは依然として頻繁に遭遇する問題であると指摘している。期待はしていますが、これらの材料は3Dプリントには適しておらず、成形精度にも問題があります。

ナノ金属粒子フィラメントに基づく直接書き込み技術は高精度印刷の実現可能性を実証していますが、導電経路を形成するために追加の熱処理または硬化が必要です。ただし、この熱処理プロセスにより、柔らかく質感のある基板が損傷する可能性があります。また、印刷および熱処理後のこれらの金属グラフィックスは比較的硬く硬いため、繰り返し変形すると導体の亀裂や回路の故障が発生します。 「下の写真は、3Dプリントを使用して空間的な微細構造を形成するプロセスを示しています。マイクロアセンブリの金線ボンディングプロセス(下の写真を参照)に少し似ていませんか?実際には、液体金属を使用して押し出し後に表面に薄い硬質酸化物層を形成するため、一定の高さの牽引力を支えることができますが、電気性能には影響しません。

IC ワイヤボンディングの研究者は、低毒性と低揮発性を示す延性材料である共晶ガリウムインジウム合金 (GaIn) やガリウムインジウムスズ合金 (Galinstan) などの液体金属について議論しました。固体金属材料と比較して、優れた電気伝導性も示します。マイクロ流体工学とプリンテッドエレクトロニクスでは液体金属を使用して電子パターンを形成できますが、これらの構造は 2D 範囲に限定されます。著者らは細いノズルを使用して室温で液体金属の高精度構造を形成した。押し出された金属フィラメントにより、液体金属で自立構造を印刷することが可能になります。実際、これらのフィラメントもノズルとともに持ち上げられ、移動することができます。

3Dプリントで形成された高精度アンテナ本体は、主に実験研究用の標本として使用され、注射器に取り付けられた微細ノズルと5軸プラットフォーム上に置かれたベースプレートを使用して実現されています。研究チームはまた、同じプロセスを使用して、サポートのない電極構造と極小の3次元相互接続を実現しました。これらはすべて、マイクロデバイスの高集積化を促進することを目的としています。

「この高精度 3D 再構成可能な方法は、積層造形にとって非常に有望な戦略であると考えています。このプロセスは従来の製造技術と組み合わせて、高度に統合されたスケーラブルなデバイスに適用できるため、次世代の電子技術の開発に大きな期待が寄せられています。」 - 記事の著者

筆者は、この研究が将来、液体金属をフレキシブル構造の集積回路に応用するための基礎を築いたと考えている。将来のソフトロボットの信号伝送線路が液体金属で実現できれば、信号を伝導できるだけでなく、延性があり、関節のような構造の動きをサポートできると想像してみてほしい。そうすれば、ロボットはまた進化するだろう。

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