速報です！中国科学院物理化学研究所は、3次元の柔軟で伸縮性のある電子機器を製造するための液体金属懸濁液3Dプリント法を提案した。

南極熊によると、中国科学院物理化学技術研究所の低温生物医学研究室はこのほど、「液体金属懸濁液3Dプリント」の概念と方法を初めて提案した。この技術は、室温で任意の複雑な形状と構造を持つ3次元の柔軟な金属変形体を迅速に製造し、3次元の伸縮性電子デバイスの組み立てに使用できる。関連する研究成果は、Advanced Materials Technologies 誌の表紙記事として掲載されました。

図1。Advanced Materials & Technologies誌の表紙ストーリー、サスペンション3Dプリントの原理と成形プロセス。「液体金属のサスペンション3Dプリントによる自己修復ハイドロゲル」と題された論文で、研究チームは固体と液体の中間の特性と自己修復特性を持つハイドロゲルを透明支持媒体として導入し、液体金属サスペンション3Dプリント成形法（図1）を作成して確認し、液体金属インクの高い表面張力、低い粘度、流れやすさ、高い重力によってもたらされる技術的課題を克服しました。製造プロセス全体を通じて、ハイドロゲルは降伏液化状態と急速凝固状態を自由に切り替えることができ、金属液滴に対して極めて高い粘度を持っています。印刷ノズルとゲルの相対的な動きにより、ノズルから押し出された金属液滴はすぐに首を絞ってノズルから離れ、その後、支持ゲルによって包まれ、接着され、固定されます。したがって、計画された経路に沿って金属マイクロスフィアを層ごとに積み重ねることで、最終的に目的の 3 次元構造を形成できます (図 2)。印刷精度は、針のサイズ、印刷速度、ゲル環境などによって制御できます。ゲルと液体金属はどちらも柔軟な物質であり、それらから作られた3次元電子デバイスは伸縮したり変形したりすることができます。この研究は、従来の剛性構造形成モードと 3D 印刷の範囲を突破し、非晶質フレキシブル電子デバイス、インテリジェントシステムの迅速な製造、さらには変形可能な 4D 印刷において重要な価値を持っています。
図2. 頤和園の十二支の動物の頭部と液体金属懸濁液3Dプリントの原理に基づいて作られた3次元回路。さらに、Materials & Designに掲載された「機械構造のチャネルへの液体金属の注入とパッケージによる機能的エレクトロニクスの3Dプリント」と題する研究では、研究チームは3次元のフレキシブル電子構造を製造するためのハイブリッド処理方法を確立しました。まず、3Dプリントプロセスを使用して中空のマイクロチャネルを含むフレキシブル基板を準備し、次にチャネルに液体金属を充填してフレキシブル電子デバイスを構築します（図3）。一連の実験により、主要なプロセスパラメータがデバイス形成品質に与える影響が明らかになりました。この研究により、機能性電子デバイスの直接印刷とパッケージングが実現され、フレキシブルエレクトロニクスの普及と応用に貢献します。
図3. 流路3Dプリンティングと液体金属充填を組み合わせることで実現したフレキシブル電子デバイスの原理と用途。以前Rapid Prototyping Journalに掲載された「接着機構による低融点合金の直接3Dプリンティング」と題する論文で、研究チームは金属液滴接着成形機構を導入し、デスクトップ3Dプリンターを使用して室温で低融点金属部品を直接製造する方法を実証しました（図4）。機械的特性と電気的特性を鋳造部品と比較することで、低融点金属 3D プリント部品の機械的および導電性挙動における利点が明らかになります。将来的には、この技術をマルチノズルによる金属・非金属複合印刷プロセスに拡張し、3次元回路の一体形成とパッケージングを実現することができます。
図4. 低融点金属接着直接3Dプリントの原理、形成構造とその電気機械特性。上記の関連作業のプラットフォーム構築とテストも、北京孟志摩テクノロジー株式会社の技術サポートと支援を受けました。最近、両者はこれまでの蓄積を基に、世界初の商用液体金属ハイブリッド3Dプリント装置（図5）を共同開発しました。これにより、金属/非金属材料の一体型ハイブリッド3D成形が実現し、積層造形技術が構造製造から機能製造へと大きく前進しました。当該装置は、3D電子デバイス、インテリジェントマシン、無線周波数通信、科学研究と教育などの分野で幅広い応用価値があります。
図5. 世界初の液体金属マルチマテリアルハイブリッド3Dプリンター装置。上記一連の新しい3Dプリント方法の確立と独自のハードウェア機器の開発は、フレキシブル機能電子デバイスの迅速な製造における液体金属先進材料の独自の利点と普遍的価値を改めて実証し、付加製造技術の概念の重要な革新と拡張となっています。この研究は、中国科学院先端科学教育局と北京市科学技術委員会によって資金提供された。

論文とビデオへのリンク:
1. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201700173/full
2. http://www.sciencedirect.com/sci ... i/S0264127517302447
3. http://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/RPJ-12-2015-0185

出典：物理化学研究所

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