2023-02-03 ノースカロライナ州立大学(NCState)
This image shows a container made of the new material that is elastic, flexible, and impervious to both gases and liquids. The material can be used to make ‘soft’ batteries for use with wearable electronics and other devices. Photo credit: Michael Dickey.
◆「この研究に関する論文の共同執筆者で、ノースカロライナ州立大学化学・生体分子工学部のカミーユ＆ヘンリー・ドレフュス教授であるマイケル・ディッキーは、次のように述べています。「これまで、弾性と気体に対する不浸透性の間にはトレードオフがありました。
◆「基本的に、気体の侵入を防ぐのに適したものは、硬くてこわばったものになる傾向があります。そして、弾力性のあるものは、気体を透過させてしまうのです。私たちは、ガスを通さないようにしながら、望ましい弾力性を提供するものを考え出しました。
◆この新しい技術では、ガリウムとインジウムの共晶合金（EGaIn）を利用しています。共晶とは、合金の構成要素よりも融点が低いことを意味する。この場合、EGaInは室温で液体である。研究チームは、EGaInの薄膜を作り、それを弾性高分子で包んだ。ポリマーの内面には、マイクロスケールのガラスビーズが敷き詰められており、EGaInの液膜が溜まるのを防いでいる。その結果、気体や液体の出入りを許さない、液体金属で覆われた弾力性のある袋（シース）が完成した。
◆研究者らは、この新材料の有効性を、内容物の液体を蒸発させる程度と、この材料でできた密閉容器から酸素を漏らす程度を評価することで検証した。「新素材では、液体も酸素もほとんど失われないことがわかりました」と、共同研究者で上海交通大学紫苑教授であるTao Dengは述べています。
◆研究者たちは、この新材料の製造に関連するコストについても意識している。「液体金属自体はかなり高価なものです」とDeng教授は言う。しかし、EGaIn膜を薄くするなど、技術を最適化することで、コストを下げることができると考えています」。現時点では、1つのパッケージで数ドルのコストがかかりますが、私たちはコストの最適化を試みていないので、コストを下げる道はあります。”
＜関連情報＞
- https://news.ncsu.edu/2023/02/elastic-material-impervious/
- https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade7341
伸縮自在なシステムのための液体金属ベースのソフトで密閉性の高い無線通信可能なシール Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems
Qingchen Shen,Modi Jiang,Ruitong Wang,Kexian Song,Man Hou Vong,Woojin Jung ,Febby Krisnadi ,Ruyu Kan ,Feiyu Zheng ,Benwei Fu,Peng Tao ,Chengyi Song ,Guoming Weng,Bo Peng,Jun Wang,Wen Shang,Michael D. Dickey,Tao Deng
Science Published:2 Feb 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/science.ade7341
Stretchable hermetic seals
An often overlooked aspect of stretchable electronics and technology is the choice of materials to hermetically protect them. Shen et al. devised liquid metal hermetic seals based on eutectic gallium indium for stretchable devices. The low gas permeability and fluidic properties of liquid metals overcome the tradeoff between permeability and modulus that arises with other materials. The authors demonstrate the protection of a stretchable battery and a heat-transfer device that uses volatile liquids. —MSL
Abstract
Soft materials tend to be highly permeable to gases, making it difficult to create stretchable hermetic seals. With the integration of spacers, we demonstrate the use of liquid metals, which show both metallic and fluidic properties, as stretchable hermetic seals. Such soft seals are used in both a stretchable battery and a stretchable heat transfer system that involve volatile fluids, including water and organic fluids. The capacity retention of the battery was ~72.5% after 500 cycles, and the sealed heat transfer system showed an increased thermal conductivity of approximately 309 watts per meter-kelvin while strained and heated. Furthermore, with the incorporation of a signal transmission window, we demonstrated wireless communication through such seals. This work provides a route to create stretchable yet hermetic packaging design solutions for soft devices.
