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Nov 29, 2023

紙に独自の精神を与える液体金属コーティングを科学者が明らかに

dinn/iStock 購読すると、利用規約とポリシーに同意したものとみなされます。いつでも購読を解除できます。 ストップモーション効果によって紙が折りたたまれているように見える折り紙のビデオを見たことがありますか

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ストップモーション効果により、紙が自然に美しい形を折っているように見える折り紙のビデオを見たことがありますか? 中国の清華大学の科学者たちは、これを現実にする可能性のあるスマート材料の分野で画期的な進歩を遂げました。

研究チームは、普通の紙を熱と電気を伝導できる粘着性のあるガジェットに変えることができる新しい液体金属コーティングを開発しました。 液体金属は回路やウェアラブルセンサーに使用されていますが、コーティングとしての可能性はこれまで解明されていませんでした。

研究者らは液体合金を配合し、スタンピング技術を使用してそれを紙に塗布することに成功し、接着剤の必要性を排除した。 これにより、さまざまな環境で自律的に動作できる、軽量で柔軟なスマート オブジェクトやソフト ロボットを作成するための新たな可能性が開かれます。 Cell Reports Physical Science誌に掲載されたこの研究は、コーティングおよびそのさまざまな用途としての液体金属の可能性を調査しています。

中国の清華大学のボー・ユアン氏が率いるチームは、液体金属コーティングの密着性をテストするために、さまざまな合金の組み合わせを実験した。 彼らは、インジウム/ガリウム合金 (eGaIn) とビスマス、インジウム、酸化錫の合金 (BiInSn) を比較し、後者の方が優れた密着性と安定性を備えていることを発見しました。

eGaIn とは異なり、BiInSn は空気にさらされても酸化しないため、酸化膜に依存しない密着性が確保されます。 さらに、BiInSn は室温で固体であり、融点が高いため、華氏 144 度 (62 度) 未満の温度では液体にならないという別の利点があります。

「さまざまな紙上で液体金属の付着を大規模に均一にし、コーティングの安定性を維持する必要がありました」と Bo Yuan 氏は Ars Technica に語った。 「これらの問題を解決するために、スタンプに加える圧力や実験で使用するこする速度を変更し、最終的に最適なパラメーターを見つけました。」

研究チームは、液体金属でコーティングされた紙を折り紙立方体に折り、コーティングの自己粘着性のおかげで、それらが自律的に広げたり、再び折り畳んだりできることを観察しました。 さらに、金属コーティングされた紙の個々の部分を使用した 3D 構造は、追加の結合剤を使用しなくてもその形状を維持しました。

金属コーティングは簡単に剥がせるように設計されており、下地の紙に影響を与えることなくリサイクルして繰り返し使用できます。

Bo Yuan氏と彼のチームは、一度固まった接着力を維持するコーティングを見つけることを楽しみにしている。 彼らは、この技術に基づいた生物に優しいペイントスプレーが、自分で開閉できる箱を備えたパッケージングに革命をもたらす可能性があると信じています。 皮膚にハゲ跡を残さずに剥がせる包帯を備えたヘルスケア。

液体金属コーティングを備えたソフトロボットは、自己粘着性により、必要に応じて折りたたんだり展開したり、大型探査機には不向きな領域に冒険したりできるため、困難な地形の移動が容易になる可能性があります。

この研究は、スマートマテリアル研究における大きな進歩を表しています。 「私たちの方法を利用すると、優れた熱伝導率と電気伝導率、そして剛性を調整できる機能を備えたスマートな材料を迅速に作成できます」とユアン氏は付け加えた。 「この方法は、宇宙探査機を設計するための新しい道を提供するかもしれないと思います。」

研究概要

紙と折り紙の産業や日常生活への導入は、人類文明の特徴です。 ただし、折り紙の性能は、長期にわたる曲げ、電気伝導率、熱伝導率など、構成材料の特性によって制限されます。 今回我々は、非湿潤基板上に液体金属を大規模に直接付着させる新しい方法を報告する。これにより、製造中に加えられる力を制御することによって強化紙の機械的および電気的特性を制御できるようになる。 異なる液体金属 (eGaIn および BiInSn) と非濡れ性基板間の力による接着メカニズムについて説明します。 さらに、強化された紙をベースにした多機能折り紙構造は、いくつかの変形モードを切り替えることができ、電磁信号を送受信するための形状記憶アンテナを備えています。 この研究は、ウェアラブル テスト プラットフォーム、フレキシブル デバイス、およびソフト ロボティクスのアプリケーション向けの多機能紙を開発するための一般化されたアプローチを提供します。