液态金属直写式印刷电子学方法的理论与应用研究

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印刷电子技术是近年来日益受到广泛关注的一种新兴电子技术,其特征是以导电墨水替代传统墨水,通过印刷方法在基材上直接制备出各种电路及元器件,因其显著的方便高效及低成本的优势,显示出巨大的发展潜力和广阔的发展前景。液态金属直写电子技术作为印刷电子技术的一种,在电子、教育、能源、环境和健康等许多技术领域具有重要应用价值。为推动该技术的广泛应用和发展,本文在对这一技术的机理进行深入剖析的同时,深入探索了其在包括传感器、热电发生器及可变电阻器在内的柔性印刷功能器件领域的应用潜力。主要进展简述如下:   1.通过实验评估了氧化效应对液态金属液滴形状及其与固、液界面碰撞特性的影响,并进一步揭示了氧含量对液态金属液滴与固体界面的碰撞特性的重要作用。   2.基于液态金属和液态金属墨水对多种基底的粘附性的实验观察,通过接触角测量仪器测量了二者的表面张力及其对几种常用柔性材料的润湿性,从而从机理上解释了二者对基底的粘附性的差别。   3.提出通过直写方法制作由液态镓及其配对金属构成的微小热电偶。探索并评估了固、液相的不同配对金属分别与液态镓和镓墨水构成的热电偶的热电性能,并指出由镓和镓墨水制成的直写式热电偶在微纳尺度温度测量领域的不同应用价值。   4.进一步拓展了液态金属直写式热电偶的应用领域,提出直写式热电发生器的概念。先后评估了直写方法制作的镓基热电偶和镓基热电发生器的热电性能,继而通过对镓基热电发生器捕获热量进而驱动电子器件的性能的测试,证实了其用于热量捕获的可行性。   5.提出将液态金属墨水和高弹性材料相结合,从而通过弹性材料的伸缩制作可变电阻器的思想。通过对其电学性能的测量以及在电路中的实测,证明了该液态金属直写式变阻器的实用价值。
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