El avance del metal líquido puede transformar los materiales cotidianos en "dispositivos inteligentes" electrónicos

Por Cell Press 9 de junio de 2023

Los investigadores han desarrollado un nuevo método para aplicar metal líquido a superficies como papel y plástico, transformando estos materiales cotidianos en posibles "dispositivos inteligentes". Los esfuerzos futuros tienen como objetivo ampliar la aplicación a diversas superficies y construir dispositivos inteligentes a partir de materiales tratados con este método.

Científicos chinos han ideado una técnica para recubrir materiales cotidianos como papel y plástico con metal líquido, creando potencialmente "dispositivos inteligentes". El método, que implica ajustar la presión en lugar de usar un material aglutinante, permite que el metal líquido se adhiera a las superficies, una tarea que antes era un desafío debido a la alta tensión superficial.

Everyday materials such as paper and plastic could be transformed into electronic "smart devices" by using a simple new method to apply liquid metal to surfaces, according to scientists in Beijing, China. The study, published June 9 in the journal Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Cell Reports Physical Science demuestra una técnica para aplicar un recubrimiento de metal líquido a superficies que no se adhieren fácilmente al metal líquido. El enfoque está diseñado para funcionar a gran escala y puede tener aplicaciones en plataformas de prueba portátiles, dispositivos flexibles y robótica blanda.

"Antes, pensábamos que era imposible que el metal líquido se adhiriera tan fácilmente a las superficies que no se mojan, pero aquí puede adherirse a varias superficies solo ajustando la presión, lo cual es muy interesante", dijo Bo Yuan, científico de Tsinghua. University y el primer autor del estudio.

Los científicos que buscan combinar metal líquido con materiales tradicionales se han visto obstaculizados por la tensión superficial extremadamente alta del metal líquido, que impide que se una a la mayoría de los materiales, incluido el papel. Para superar este problema, la investigación anterior se ha centrado principalmente en una técnica llamada "impresión por transferencia", que implica el uso de un tercer material para unir el metal líquido a la superficie. Pero esta estrategia tiene inconvenientes: agregar más materiales puede complicar el proceso y puede debilitar el rendimiento eléctrico, térmico o mecánico del producto final.

Una estructura de Origami multifuncional construida con papel tratado con metal líquido. Crédito: Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

Para explorar un enfoque alternativo que les permitiera imprimir directamente metal líquido en sustratos sin sacrificar las propiedades del metal, Yuan y sus colegas aplicaron dos metales líquidos diferentes (eGaln y BilnSn) a varios sellos de silicona y polímeros de silicona, luego aplicaron diferentes fuerzas mientras frotaban los sellos en superficies de papel.

"Al principio, era difícil lograr una adhesión estable del recubrimiento de metal líquido sobre el sustrato", dijo Yuan. "Sin embargo, después de muchas pruebas y errores, finalmente obtuvimos los parámetros correctos para lograr una adhesión estable y repetible".

Los investigadores descubrieron que frotar el sello cubierto de metal líquido contra el papel con una pequeña cantidad de fuerza permitía que las gotas de metal se adhirieran de manera efectiva a la superficie, mientras que aplicar una mayor cantidad de fuerza evitaba que las gotas permanecieran en su lugar.

A continuación, el equipo dobló el papel recubierto de metal en una grulla de papel, lo que demostró que la superficie todavía se puede doblar como de costumbre una vez que se completa el proceso. Y tras hacerlo, el papel modificado sigue manteniendo sus propiedades habituales.

Si bien la técnica parece prometedora, Yuan señaló que los investigadores todavía están tratando de averiguar cómo garantizar que el recubrimiento de metal líquido permanezca en su lugar después de haberlo aplicado. Por ahora, se puede agregar un material de embalaje a la superficie del papel, pero el equipo espera encontrar una solución que no lo requiera.

"Al igual que la tinta húmeda en el papel se puede limpiar con la mano, el recubrimiento de metal líquido sin empaque aquí también se puede limpiar con el objeto que toca cuando se aplica", dijo Yuan. "Las propiedades del recubrimiento en sí no se verán muy afectadas, pero los objetos en contacto pueden ensuciarse".

En el futuro, el equipo también planea desarrollar el método para que pueda usarse para aplicar metal líquido a una mayor variedad de superficies, incluidas metal y cerámica.

"También planeamos construir dispositivos inteligentes utilizando materiales tratados con este método", dijo Yuan.

Referencia: "Fabricación directa de papel multifuncional de metal líquido basado en adhesión sensible a la fuerza" por Yuan et al., 9 de junio de 2023, Cell Reports Physical Science.DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101419

Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Postdoctorales de China, la Fundación Nacional de Ciencias de la Naturaleza de China y la financiación de cooperación entre Nanshan y Tsinghua SIGS en ciencia y tecnología.