NSF职业奖用于资助软电子液体金属的研究

可以弯曲或拉伸而不断裂的软电子产品已成为技术市场的重要组成部分，特别是在可穿戴电子产品、软机器人和医疗用生物电子产品中。

一个关键的挑战是寻找像金属一样具有高导电性但仍然具有超强拉伸性的新材料，因此研究人员从各种不同的角度寻求解决方案。

宾厄姆顿大学Thomas J. Watson 工程与应用科学学院机械工程系的助理教授 Pu Zhang对这个问题提出了一个有趣的解决方案：在橡胶中使用液态金属网络，这种网络很容易变形，同时保持高导电性.

张最近获得了一项为期五年、价值 565,337 美元的 NSF 职业奖，以资助他的学业。职业资助支持有潜力成为研究和教育学术榜样的早期职业教师。

该研究将建立在张已经在镓铟合金上进行的实验的基础上，该合金的熔点约为 15 摄氏度(60 华氏度)。这意味着它在室温下是液体。使用张在宾厄姆顿开发的新制造工艺，他能够生产出液态金属含量极低的液态金属网络复合材料，但仍保持高导电性。

最终，目标将是使用熔点为负 20 度(负 4 华氏度)的镓、铟和锡合金，这种合金可以在寒冷气候的冬季发挥作用。

“与其他人开发的类似材料相比，我们的液态金属消耗量减少了 10 倍以上。所以我们的新材料更便宜，重量更轻，”张说。“现有技术可以制造厚度超过 100 微米的液态金属纤维，而我们可以使它们薄 10 倍至 10 微米。”

对于尺寸比较，一微米(或微米)是一米的百万分之一。人类红细胞的宽度约为 8 微米。所以它非常小，但足够大，可以根据需要为灵活的设备供电。

作为一名机械工程师，张先生之前的研究更多地集中在液态金属的结构应用上，创造了他所谓的“世界上第一个液态金属晶格”，可以在宏观尺度上用于太空探索和其他需要金属的情况。吸收震动。受 Binghamton 其他研究的启发，他转向电子领域进行该项目。

“主要原因是大学在电子研究方面非常强大——我们有两个电子研究中心，液态金属在那里有很多有前途的应用，”他说。

在 NSF 的资助下，张和他的实验室可以进一步开发液态金属网络复合材料的制造、购买设备并资助博士生来帮助研究。

“我们还计划开发一些关于如何预测这种材料在大变形下的导电性的理论，”他说。

在教育方面，CAREER项目将为本科生建立一个软电子发明家实验室，为他们提供橡胶化合物、银笔和液态金属等原材料，以便他们在现实世界中利用课堂课程。张和他的实验室还将创建一个专注于液态金属复合材料的 wiki 站点，该站点将开放供全球同事编辑，分享他们的知识并推进研究。

这个项目是张在 CAREER Award 的首次尝试，他已经在 2020 年开始对一些问题进行早期研究。大部分试点研究是由他的研究生刘子涵、Jiexian Ma 和 Quang-Kha Nguyen 完成的。

“我很高兴几年的努力终于得到了工程界的认可，”他说，“我期待着从这个项目中获得更多有趣的成果，并期待与从事软电子领域工作的 Watson 同事的合作。”

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