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Nov 29, 2023

과학자들이 종이에 고유한 느낌을 주는 액체 금속 코팅을 공개했습니다.

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스톱모션 효과로 인해 종이가 저절로 아름다운 모양으로 접히는 것처럼 보이는 종이접기 동영상을 본 적이 있나요? 중국 칭화대학교(Tsinghua University)의 과학자들이 이를 현실로 만들 수 있는 스마트 소재 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다.

연구팀은 일반 종이를 열과 전기를 전도할 수 있는 자체 접착 장치로 변환할 수 있는 새로운 액체 금속 코팅을 개발했습니다. 액체 금속은 회로와 웨어러블 센서에 사용되지만 코팅이 될 가능성은 지금까지 연구되지 않았습니다.

연구진은 스탬핑 기술을 사용하여 액체 합금을 성공적으로 구성하고 이를 종이에 적용하여 접착제가 필요하지 않게 했습니다. 이는 다양한 환경에서 자율적으로 작동할 수 있는 가볍고 유연한 스마트 객체와 소프트 로봇을 만드는 새로운 가능성을 열어줍니다. Cell Reports Physical Science 저널에 발표된 이 연구는 코팅으로서의 액체 금속의 잠재력과 다양한 응용 분야를 조사했습니다.

중국 칭화대학교(Tsinghua University)의 Bo Yuan이 이끄는 팀은 액체 금속 코팅의 접착력을 테스트하기 위해 다양한 합금 조합을 실험했습니다. 그들은 인듐/갈륨 합금(eGaIn)을 비스무트, 인듐, 산화주석 합금(BiInSn)과 비교한 결과 후자가 우수한 접착력과 안정성을 제공한다는 사실을 발견했습니다.

eGaIn과 달리 BiInSn은 공기에 노출되어도 산화되지 않으므로 산화막에 의존하지 않는 접착력을 보장합니다. 또한 BiInSn은 실온에서 고체이고 녹는점이 더 높기 때문에 화씨 144°(62°) 미만의 온도에서 액체로 변하지 않는다는 또 다른 이점을 제공합니다.

Bo Yuan은 Ars Technica에 “우리는 다양한 종이에서 대규모로 균일하게 액체 금속의 접착을 보장하고 코팅의 안정성을 유지해야 했습니다.”라고 말했습니다. “이러한 문제를 해결하기 위해 실험에 사용된 마찰 속도와 스탬프에 가해지는 압력을 변경하여 최종적으로 가장 적합한 매개 변수를 찾았습니다.”

연구팀은 액체 금속 코팅지를 종이접기 큐브로 접었고 코팅의 자체 접착 특성 덕분에 자율적으로 펼쳐지고 다시 접힐 수 있음을 관찰했습니다. 또한, 금속코팅지의 개별 조각을 사용한 3D 구조물은 추가적인 결합제 없이도 형태를 유지했습니다.

쉽게 벗겨지도록 설계된 금속 코팅은 밑에 있는 종이에 영향을 주지 않고 재활용 및 반복 사용이 가능합니다.

Bo Yuan과 그의 팀은 일단 굳으면 접착력을 유지하는 코팅을 찾기를 기대하고 있습니다. 그들은 이 기술을 기반으로 한 친환경 페인트 스프레이가 스스로 열고 닫을 수 있는 상자를 사용하여 포장에 혁명을 일으킬 수 있다고 믿습니다. 피부에 대머리 반점을 남기지 않고 벗겨지는 붕대로 건강 관리.

액체 금속 코팅이 장착된 소프트 로봇은 자체 접착 기능을 통해 필요에 따라 접거나 펼칠 수 있으며 더 큰 탐사선에 적합하지 않은 영역으로 모험을 떠날 수 있어 까다로운 지형을 더 쉽게 탐색할 수 있습니다.

이번 연구는 스마트 소재 연구의 중요한 발전을 의미합니다. Yuan은 "우리의 방법을 활용하면 우수한 열 및 전기 전도성은 물론 강성 조정 기능을 갖춘 스마트 소재를 신속하게 만들 수 있습니다"라고 덧붙였습니다. “이 방법이 우주 탐험가 설계에 새로운 길을 열어줄 수 있을 거라 생각해요.”

연구초록

산업과 일상생활에 종이와 종이접기가 도입된 것은 인류 문명의 특징이었습니다. 그러나 종이접기의 성능은 장기적인 굽힘, 전기적, 열 전도성을 포함한 구성 재료의 특성에 의해 제한됩니다. 여기에서는 액체 금속을 비습윤 기판에 대규모로 직접 접착하는 새로운 방법을 보고하며, 제조 중에 가해지는 힘을 제어하여 강화된 종이의 기계적 및 전기적 특성을 조절할 수 있습니다. 힘을 통해 서로 다른 액체 금속(eGaIn 및 BiInSn)과 젖지 않는 기판 사이의 접착 메커니즘이 설명됩니다. 또한 향상된 종이를 기반으로 한 다기능 종이접기 구조는 여러 변형 모드 사이를 전환할 수 있으며 전자기 신호를 수신 및 전송하기 위한 형상 기억 안테나를 포함합니다. 이 작업은 웨어러블 테스트 플랫폼, 유연한 장치 및 소프트 로봇 공학 분야의 응용 분야를 위한 다기능 종이 개발에 대한 일반화된 접근 방식을 제공합니다.