理化所提出柔性液態金屬薄膜的自組裝方法
文章來源:理化技術研究所     發布時間:2019-06-11

  針灸是一種傳統的中醫治療方法,其中的針法是將毫針按照一定的角度插入人體特定深度的穴位,從而達到治療疾病的目的。醫生在行針的過程中,往往需要依賴自身經驗及手法將針遞送至特定的穴位,對于醫生的技能要求很嚴格。客觀化和精確化是中醫現代化發展的趨勢,發展針刺響應的超敏深度傳感器對于刻畫扎針深度的定量化表征有重要作用。

  為了應對這一挑戰,中國科學院理化技術研究所低溫生物與醫學研究團隊利用自組裝沉積法制備出了一種電學各向異性的柔性液態金屬薄膜。利用納米鎵銦共晶合金(EGaIn)在納米纖維素-聚乙烯醇溶液中的密度差和自然蒸發(圖1),可成功制備1~49 μm的超薄Janus膜。這種膜在正常情況下,雙面均不導電;而在垂直集中應力或者剪切摩擦力作用下,薄膜下層液態納米EGaIn顆粒則可實現有效導通,從而傳遞電信號,值得一提的是,納米液態金屬導通響應時間只需2 ns(圖2)。利用納米EGaIn與納米纖維素-聚乙烯醇復合物制備的深度傳感器,不僅具有靈敏的深度探測能力,而且醫生在訓練過程中可以通過可視化顯示燈在第一時間獲取扎針的深度信息。這種液態金屬薄膜作為一種全新的電子紙,為制造智能微尺度傳感器的多層復雜電路提供了一個簡便、快速的制造和響應平臺(圖3)。

  更進一步的,研究團隊發現這種液態金屬薄膜兩面對光的反射效果以及導熱性能也有顯著性差異,這種特性使其有可能被用作光轉化開關和溫度調節器(圖4)。這樣一種同時具有電學、光學和熱學三種特性的兩面各異性薄膜,在制備的過程中不需要任何復雜的工藝及精密儀器的輔助,制備過程不僅簡單易行,而且并不需要耗費太多時間。

  相關研究成果以Self-assembly Ultrathin Film of CNC/PVA-Liquid Metal Composite as Multifunctional Janus Material 為題發表在Materials Horizons 期刊上(DOI: 10.1039/C9MH00280D)。論文的第一作者是理化所博士生張朋舉和副研究員王倩,理化所饒偉是論文的通訊作者并主導該文工作,中國農業大學副教授何志祝作為共同通訊作者負責力學分析及數值計算。

  該研究得到國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、北京市科學技術委員會研究基金以及理化所所長基金的支持。

  

 

液態金屬納米纖維素-聚乙烯醇復合的Janus柔性薄膜制備及其表征 

 

液態金屬薄膜下層導通原理及導電穩定性測試 

 

液態金屬薄膜制備的針灸深度傳感器模型 

 

液態金屬薄膜兩面光學和熱學特性的差異 

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