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快速简单的方法来创建二维电子电路

当西北工程公司的Erik Luijten遇到Zbigniew Rozynek时,他们立刻变得团结一致。

波兰波兹纳亚当密茨凯维奇大学的研究员罗兹内克在挪威的一次会议上展示了一些看似神奇的东西。当他将针状电极戳入分散在硅油中的微米级球形金属颗粒的混合物中时,球体粘在其末端。当Rozynek将电极从分散体中拉出时,另一个球体连接到第一个球体,然后另一个球体连接到第二个球体,依此类推,直到形成长链。

快速简单的方法来创建二维电子电路

西北麦考密克工程学院材料科学与工程,工程与应用数学教授Luijten说:“这些球体表现得像磁珠一样,但不涉及磁性。” “粒子没有聚集的倾向。我意识到发生了更复杂的事情。”

Rozynek和他的合作者Filip Dutka,Piotr Garstecki和ArkadiuszJózefczak以及Luijten加入他们的团队,了解导致这些链条形成的现象。他们的发现可能导致新一代电子设备和编写二维电子电路的快速,简单的方法。

“我们的科学成果可以为未来的研究开辟其他领域 - 无论是基础还是应用,”Rozynek说。“我们已根据我们的发现开展后续项目。”

该研究得到了波兰科学基金会,波兰国家科学基金会和美国国家科学基金会的支持,今天在线发表在“ 自然通讯 ”杂志上。Rozynek和Luijten是共同作者。Rozynek也是Luijten计算软物质实验室博士生Ming Han的共同第一作者。

Rozynek和Han进行了多次计算,显示了电极的电场如何改变了粒子的性质。当电极浸入胶体溶液中时,其带电尖端使每个球体极化。这些诱导的偶极相互作用导致球体连接在一起。由此产生的链条可能包含数十万个球体,长度可达30厘米。

在团队解开链条形成之谜之后,它又有了第二个谜团要解决。“另一个令人着迷的部分是,一旦我们将链条从液体中拉出,我们就不再需要施加电场来保持链条的结构,”韩说。“关闭油田后,稳定的颗粒链保持稳定。”

经过几个月的调查,Luijten和Rozynek的团队发现,由于相邻颗粒之间的液体“桥梁”,链条保持了它们的结构。当研究人员将链条从液体中拉出时,硅油粘在每个颗粒的两侧,在整个链条周围形成一个表壳并使其保持完整。

“表面张力在这里起着重要作用,”韩说。“液体桥使粒子粘在一起。这里的物理学非常有趣。大多数人会认为,如果你想要保持结构,那么就需要施加电场。但这在我们的系统中是不需要的。”

一旦将柔性链从液体中拉出,就可以立即沿着表面拖动并沉积以形成图案。研究人员相信这种方法可以用作创建简单的二维电子电路的替代方法。如果使用熔融蜡代替硅油,则该方法也可用于构建在蜡冷却和硬化时保持其形状的三维结构。

“虽然简单,我们制造胶体结构的方法非常优雅,可以用于许多应用,”Rozynek说,“包括在不同基板上制造导电路径,例如,在电子应用中。”

Luijten和Rozynek认为,解决这个谜团可能会为他们今天无法预测的应用打开大门。通过了解该方法的工作原理,他们可以更好地评估不同类型的流体或电压水平如何影响链并改变结果。

“理解它是如何工作的,这使得操作和优化变得更加容易,”Luijten说。“我们可以说,如果粒子更大或者电场更强,这种方法会更好还是更差。这是唯一可能的,因为我们理解它。否则,你必须检查一组无穷无尽的组合。”

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