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2023-04-21

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神奇的鎵銦合金

　　“您是否還在為嫌手機(jī)礙事沒有帶在身邊而臨時(shí)想要聯(lián)系別人而煩惱？那就快來試試我們這款皮下植入的手機(jī)吧！”不知道有沒有人幻想過上面這個(gè)場景，看似只會(huì)在科幻電影里才會(huì)出現(xiàn)的一幕，或許正向我們走來。

　　不久前，延世大學(xué)Cheolmin Park課題組發(fā)現(xiàn)鎵銦合金（EGaIn）可以在PHEA-co-PEGDA-80（PcP-80）水凝膠的表面上鋪展，從而實(shí)現(xiàn)直接微圖案化。也就是說，以Egaln與PcP-80做成的電路上，在不超過該材料最大拉伸率（1500%）的情況下，對(duì)電路進(jìn)行拉伸基本不會(huì)影響電路運(yùn)行。當(dāng)PcP-80水凝膠基底被拉伸時(shí)，鎵銦合金層會(huì)隨之變形，600%的應(yīng)變范圍之內(nèi)，電極的電阻幾乎沒有變化。即使形變達(dá)到1500%后，電阻也只增加了~2.3倍。1400個(gè)拉伸周期內(nèi)，工作300小時(shí)后，電極電阻的變化均可以忽略不計(jì)。

　　如此優(yōu)異的拉伸性能，使可貼合皮膚的手機(jī)的實(shí)現(xiàn)變得可能，這時(shí)候就有人會(huì)問了，那供電呢？你先別急，由液態(tài)金屬為主要材料的柔性電池也有研究了。

　　柔性電池是一種可變形的低溫液態(tài)金屬-導(dǎo)電聚合物水性二次電池。由于剛性金屬基陽極存在種種局限性，人們致力于開發(fā)柔性電極材料，以提升其在苛刻環(huán)境下的性能和穩(wěn)定性。韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院的 joong kee lee 使用Ga68ln22Sn10作為液態(tài)金屬陽極和導(dǎo)電聚合物陰極開發(fā)了一種在低溫下運(yùn)行的形狀可變的水性二次電池。在合金陽極中，Ga是活性成分，而Sn和ln提高了耐酸性并將共晶點(diǎn)降到-19攝氏度，因此可以使用強(qiáng)酸性水性電解質(zhì)（pH 0.9），同時(shí)提高 PANI 陰極的活性和穩(wěn)定性。因此，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和機(jī)械穩(wěn)定性。GaInSn-PANI 電池通過 Ga3+剝離/電鍍和Cl -的混合機(jī)制運(yùn)行插入/提取并提供超過223.9mAh g-1的高可逆容量，4300 mW g-1和 98.7 mWh g-1的功率和能量密度，且在500 次循環(huán)后保留率為 80.3%。由于采用液態(tài)陽極，無需包裝的電池，只需幾毫牛頓的小力即可使電池變形而不會(huì)造成任何容量損失。此外，在大約 -5 °C 時(shí)，電池在 0.2 A g-1時(shí)提供 67.8 mAh g-1的容量，具有100%的彈性。因此，這種電池有望成為低溫和苛刻環(huán)境下的可變形能源設(shè)備。

　　那么在鎵銦合金（EgaIn）可以在PHEA-co-PEGDA-80（PcP-80）水凝膠的表面上鋪展，從而實(shí)現(xiàn)直接微圖案化，以及由液態(tài)金屬為主要材料的柔性電池的發(fā)展。未來是很有可能實(shí)現(xiàn)皮下植入的手機(jī)的?？萍际窃诓粩喟l(fā)展的，這次所介紹的這個(gè)兩方面如此專業(yè)性的進(jìn)步可以說是未來可期。因?yàn)槎咔『媚軌蛉诤蠈?shí)現(xiàn)這一里程碑的項(xiàng)目。倘若隨著科技的不斷進(jìn)步，我們真的實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù)。那么在未來我們的生活會(huì)更加便利，很多問題都會(huì)得以解決。而且，就以如今的科技發(fā)展的境界來講，在不久的將來應(yīng)該是很容易實(shí)現(xiàn)的。面對(duì)未來的科技發(fā)展，已經(jīng)不再是憑空想象而是已經(jīng)有了事件性的進(jìn)步。就如我們這次所介紹的兩項(xiàng)很重要的科技進(jìn)步一樣?？萍疾辉偈强照?，當(dāng)前的實(shí)踐也已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。讓我們繼續(xù)關(guān)注科技專業(yè)性以及里程碑性質(zhì)的進(jìn)步，讓我們共同展望未來，我們能想象出來的科技感的時(shí)代正在一步一步快速的向我們走來。在我們展望未來的同時(shí)也希望柔性電池和鎵銦合金的發(fā)展能夠更進(jìn)一步，早日普及。成為科技進(jìn)步的一大成就。

參考文獻(xiàn)：

[1] Autonomous Surface Reconciliation of a Liquid-Metal Conductor Micropatterned on a Deformable Hydrogel

Jung-Eun Park, Han Sol Kang, Min Koo, Cheolmin Park

Adv. Mater.,?2020,?32, 2002178, DOI: 10.1002/adma.202002178

[2] AM內(nèi)封面：液態(tài)金屬，可拉伸的電極 ?X-MOL 20201018

[3] A Shape-Variable, Low-Temperature Liquid Metal–Conductive Polymer Aqueous Secondary Battery Hao Fu,?Guicheng Liu,?Lingyun Xiong,?Manxiang Wang,?Jeongwoo Lee,?Ren Ren,?Woochul Yang,?Joong Kee Lee? 13 September 2021

[4] 《AFM》一種可變形的低溫液態(tài)金屬-導(dǎo)電聚合物水性二次電池

[5]部分圖片源于Adv. Mater及網(wǎng)絡(luò).

撰 稿 人 :? ?科技協(xié)會(huì)科創(chuàng)部 陶雨桐 陳岳陽 楊光耀 陳逸凡

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