上海交通大學最新Science！

　　軟質材料往往對氣體具有高滲透性，因此很難制造出可拉伸的密封。

　　2023年2月2日，上海交通大學鄧濤、尚文、美國北卡羅萊納州立大學Michael D. Dickey及美國A123系統研發中心Jun Wang在Science 在線發表題為“Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems”的研究論文，該研究表明柔軟、不透氣和無線通信密封的液態金屬可用于可拉伸系統的制備。

　　該研究演示了液態金屬的使用，它顯示了金屬和流體特性，作為可拉伸密封。這種軟密封既用于可拉伸電池，也用于涉及揮發性流體(包括水和有機流體)的可拉伸傳熱系統。在500次循環后，電池的容量保留率為~72.5%，密封傳熱系統在拉伸和加熱時的導熱系數增加了約309 w/(m·k)。此外，通過信號傳輸窗口的結合，該研究演示了通過這種密封的無線通信。總之，這項工作為為軟器件創造可拉伸且密封的包裝設計方案提供了一條途徑。

　　人機界面和軟設備的可拉伸電子控制系統的快速發展。傳統的剛性電子器件被封裝在包裝材料中，以使反應性物質(如氧氣和水)遠離敏感材料，從而確保器件的長期穩定性。然而，沒有等效的可拉伸包裝為可拉伸設備和系統提供密封。可拉伸材料，如彈性體，具有大的自由體積和高的鏈遷移率，因此易于滲透氣體。因此，楊氏模量低的材料通常具有較高的透氣性。目前解決這一挑戰的方法包括將楊氏模量低的材料(如彈性體)與低透氣性的材料(如無機或金屬材料)相結合，但這些方法要么顯示出有限的拉伸性能，要么顯示出有限的密封性能。

　　液態金屬(LMs)具有金屬和流體特性，因此提供了實現可拉伸和密封的機會。金屬，如鋁和鋼，被認為是優良的滲透屏障，因此在食品工業中用于罐頭食品和包裝襯墊(如薯片袋)。然而，金屬通常是不可拉伸的，LMs，尤其是鎵及其合金，是一個例外，最近引起了研究界越來越多的關注。它們的金屬導電性和流體變形性使它們適合應用于可拉伸和軟電子。它們的金屬熱導率和流體變形性也提供了使用它們作為熱界面材料從電子設備散熱的潛力。LMs還應具有與金屬相似的密封性能，同時其楊氏模量遠低于密封性能有限的普通彈性體。這種低楊氏模量和低氣體滲透性的組合使LMs成為可拉伸密封的理想候選材料。

LMs的透氣性（圖源自Science ）

　　該研究檢查了LMs的密封性能，并演示了由LMs與間隔器集成實現的可拉伸密封。在這項研究中使用了一種常見的LM，共晶鎵銦合金(EGaIn)。其具有低滲透性，可以阻止氧氣、水和乙醇等氣體和蒸汽的運移。此外，LMs還具有金屬、熱、化學和電學特性，可以進一步利用這些特性在這種封裝電子設備的阻擋材料中提供額外的功能。總之，這項工作為制造長期穩定運行的柔軟可拉伸器件提供了有前途的途徑。