可自修複可拉伸可3D打印印刷的液態金屬彈性體(ti) 複合材料摩擦納米發電機

很難獲得柔軟且可導電的材料。創建一個(ge) 可以承受損害的電路甚至更難治愈。但是，對於(yu) 卡內(nei) 基梅隆大學的研究人員來說，這類創新隻是辦公室的另一天。

在最近發表的兩(liang) 篇論文中，CMU研究人員團隊在可穿戴電子設備和其他軟機方麵取得了長足的進步。卡梅爾·馬吉迪（Carmel Majidi）的軟機實驗室（SML）長期從(cong) 事這一領域的工作，這兩(liang) 篇論文反映了（Advanced Materials，"液態金屬夾雜物的受控組裝作為(wei) 多功能複合材料的通用方法"和高級材料技術，"可超伸，耐磨"）。沉積液態金屬彈性體(ti) 複合材料的摩擦電納米發電機"）。

2018年，機械工程學副教授馬吉迪（Majidi）和他的團隊創造了一種能夠自我修複的電路，也就是說，即使在切斷或損壞主要路徑後，它也可以繼續工作。

現在，他們(men) 創造了一種由液態金屬製成的材料，該材料也可以物理修複損壞。當將兩(liang) 片液態金屬電複合材料放置在一起時，它們(men) 可以像切割後皮膚愈合一樣融合在一起。這項創新使電路可以承受更大的損壞，因為(wei) 它們(men) 可以簡單地對其進行修複。

使用镓基液態金屬液滴的軟複合材料可能在多功能材料工程中產(chan) 生變革性影響。卡內(nei) 基梅隆大學的研究人員開發了一種合成方法，該方法可合成具有高拉伸性，可忽略的機電耦合，焦耳熱修複和可再加工性以及可印刷的電氣和機械自愈材料。這種控製裝配的方法代表了一種廣泛使用的技術，用於(yu) 創建具有前所未有的多功能性的新型液態金屬複合材料。

可修複、可重寫(xie) 電路

SML使用由镓和銦合金製成的液態金屬實現了這些進步。作者說，這種金屬比汞等其他液態金屬更安全。這些發現使該技術可以擴展到其他聚合物，包括凝膠。這擴大了他們(men) 的研究範圍和影響。實際上，由液態金屬製成的電路可以擦除並重新繪製，因此具有很高的適應性。

LM複合材料已證明的功能可以推廣到其他具有附加功能的基體(ti) 材料中。具體(ti) 而言，使用可生物降解/可再加工的塑料（聚己內(nei) 酯）合成複合材料，水凝膠（聚乙烯醇）和可加工的橡膠（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯衍生物）具有廣泛的適用性。這種方法可以合成複合材料：i）具有高拉伸性和可忽略不計的機電耦合（> 600％應變）；ii）具有焦耳加熱的愈合和可再加工性；iii）具有電氣和機械自愈功能；iv）可以打印。這種控製裝配的方法代表了一種廣泛適用的技術，用於(yu) 創建具有前所未有的多功能性的新型LM複合材料。

可3D打印

這些新材料也可以3D打印。機械工程學教授Sarah Bergbreiter與(yu) Majidi和SML一起使用新的製造工藝來印刷這些材料。創建這些自愈和可重寫(xie) 電路的3D結構將廣泛地擴展應用範圍。

沉澱的液態金屬彈性體(ti) 摩擦納米發電機

一種這樣的應用是能量收集。可以使用兩(liang) 個(ge) 表麵之間的接觸來產(chan) 生電能。想象一下，例如，當您用氣球摩擦它時，使頭發直立的電。相同的原理可以應用於(yu) 可穿戴電子設備，從(cong) 而使它們(men) 可以從(cong) 人體(ti) 運動中獲取能量。

沉澱的LM彈性體(ti) TENG（SLM-TENG）具有超高的可拉伸性（應變極限> 500％應變），類似皮膚的柔韌性（模量< 60 kPa），可靠的設備穩定性（> 10000次循環）和可觀的電輸出性能（最大峰值功率密度= 1 mW cm -2）。SLM-TENG可以與(yu) 高彈性可拉伸織物集成在一起，從(cong) 而實現與(yu) 可穿戴電子設備的廣泛集成。可伸展且可穿戴的SLM-TENG可以通過貼在膝蓋上或集成到運動服中的貼片從(cong) 人體(ti) 運動中獲取能量。在跑步機上運行2.2分鍾後，此車載式TENG設備可產(chan) 生足夠的電能，為(wei) 可穿戴計算設備（帶數字顯示的溫濕度計）完全供電。

高導電性

此外，液態金屬具有高導電性，因此它們(men) 可以輕鬆產(chan) 生大量能量。並且，由於(yu) 電子設備柔軟且可拉伸，因此可以很容易地將它們(men) 集成到衣服中。

這是Majidi的團隊第一次能夠使用其複合材料來產(chan) 生能量。當研究人員將這種材料添加到兩(liang) 條運動短褲中時，他們(men) 能夠從(cong) 佩戴者的運動中收集到足夠的能量，從(cong) 而為(wei) 帶有數字顯示（小型可穿戴計算設備）的溫濕度計傳(chuan) 感器提供動力。

這項研究的應用是深遠的。作者說，它的用途可能包括受生物啟發的機器人技術，人機交互，可穿戴計算和太陽能電池。這些軟機器人將具有高度的適應性和耐用性，可廣泛應用。