可自修复可拉伸可3D打印印刷的液态金属弹性体复合材料摩擦纳米发电机

很难获得柔软且可导电的材料。创建一个可以承受损害的电路甚至更难治愈。但是，对于卡内基梅隆大学的研究人员来说，这类创新只是办公室的另一天。

在最近发表的两篇论文中，CMU研究人员团队在可穿戴电子设备和其他软机方面取得了长足的进步。卡梅尔·马吉迪（Carmel Majidi）的软机实验室（SML）长期从事这一领域的工作，这两篇论文反映了（Advanced Materials，"液态金属夹杂物的受控组装作为多功能复合材料的通用方法"和高级材料技术，"可超伸，耐磨"）。沉积液态金属弹性体复合材料的摩擦电纳米发电机"）。

2018年，机械工程学副教授马吉迪（Majidi）和他的团队创造了一种能够自我修复的电路，也就是说，即使在切断或损坏主要路径后，它也可以继续工作。

现在，他们创造了一种由液态金属制成的材料，该材料也可以物理修复损坏。当将两片液态金属电复合材料放置在一起时，它们可以像切割后皮肤愈合一样融合在一起。这项创新使电路可以承受更大的损坏，因为它们可以简单地对其进行修复。

使用镓基液态金属液滴的软复合材料可能在多功能材料工程中产生变革性影响。卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种合成方法，该方法可合成具有高拉伸性，可忽略的机电耦合，焦耳热修复和可再加工性以及可印刷的电气和机械自愈材料。这种控制装配的方法代表了一种广泛使用的技术，用于创建具有前所未有的多功能性的新型液态金属复合材料。

可修复、可重写电路

SML使用由镓和铟合金制成的液态金属实现了这些进步。作者说，这种金属比汞等其他液态金属更安全。这些发现使该技术可以扩展到其他聚合物，包括凝胶。这扩大了他们的研究范围和影响。实际上，由液态金属制成的电路可以擦除并重新绘制，因此具有很高的适应性。

LM复合材料已证明的功能可以推广到其他具有附加功能的基体材料中。具体而言，使用可生物降解/可再加工的塑料（聚己内酯）合成复合材料，水凝胶（聚乙烯醇）和可加工的橡胶（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯衍生物）具有广泛的适用性。这种方法可以合成复合材料：i）具有高拉伸性和可忽略不计的机电耦合（> 600％应变）；ii）具有焦耳加热的愈合和可再加工性；iii）具有电气和机械自愈功能；iv）可以打印。这种控制装配的方法代表了一种广泛适用的技术，用于创建具有前所未有的多功能性的新型LM复合材料。

可3D打印

这些新材料也可以3D打印。机械工程学教授Sarah Bergbreiter与Majidi和SML一起使用新的制造工艺来印刷这些材料。创建这些自愈和可重写电路的3D结构将广泛地扩展应用范围。

沉淀的液态金属弹性体摩擦纳米发电机

一种这样的应用是能量收集。可以使用两个表面之间的接触来产生电能。想象一下，例如，当您用气球摩擦它时，使头发直立的电。相同的原理可以应用于可穿戴电子设备，从而使它们可以从人体运动中获取能量。

沉淀的LM弹性体TENG（SLM-TENG）具有超高的可拉伸性（应变极限> 500％应变），类似皮肤的柔韧性（模量< 60 kPa），可靠的设备稳定性（> 10000次循环）和可观的电输出性能（最大峰值功率密度= 1 mW cm -2）。SLM-TENG可以与高弹性可拉伸织物集成在一起，从而实现与可穿戴电子设备的广泛集成。可伸展且可穿戴的SLM-TENG可以通过贴在膝盖上或集成到运动服中的贴片从人体运动中获取能量。在跑步机上运行2.2分钟后，此车载式TENG设备可产生足够的电能，为可穿戴计算设备（带数字显示的温湿度计）完全供电。

高导电性

此外，液态金属具有高导电性，因此它们可以轻松产生大量能量。并且，由于电子设备柔软且可拉伸，因此可以很容易地将它们集成到衣服中。

这是Majidi的团队第一次能够使用其复合材料来产生能量。当研究人员将这种材料添加到两条运动短裤中时，他们能够从佩戴者的运动中收集到足够的能量，从而为带有数字显示（小型可穿戴计算设备）的温湿度计传感器提供动力。

这项研究的应用是深远的。作者说，它的用途可能包括受生物启发的机器人技术，人机交互，可穿戴计算和太阳能电池。这些软机器人将具有高度的适应性和耐用性，可广泛应用。