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近日，上海交通大学资料科学与工程学院邓涛教授和尚文副研讨员课题组分离美国北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey教授课题组和A123系统研发中心的王浚博士历经3年多的协作努力，在柔性封装资料与技术范畴取得了重要突破，相关研讨成果以“Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems”为题发表在Science上。
该工作经过构建微米玻璃球阵列支撑的液态金属柔性密封复合资料，处置了传统封装资料无法同步统筹可拉伸和高气密性的难题，并设计构筑了可无线通讯的柔性封装系统，完成了可拉伸锂离子电池、柔性气液相变传热器件、多功用柔性器件的稳定牢靠封装，展示了其在柔性能源、电子信息及生物医学等范畴中的宽广应用前景。上海交通大学资料科学与工程学院申清臣、蒋墨迪、王锐桐、宋柯贤和美国北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系Man Hou Vong为论文共同第一作者，上海交通大学资料科学与工程学院邓涛教授、尚文副研讨员、美国北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系Michael D. Dickey教授、A123系统研发中心王浚博士为论文共同通讯作者，上海交通大学为论文第一完成单位。
▲ Science在线发表邓涛、尚文教授团队的研讨成果 柔性可拉伸封装技术范畴研讨成果 该工作经过构建微米玻璃球阵列支撑的液态金属柔性密封复合资料，处置了传统封装资料无法同步统筹可拉伸和高气密性的难题，并设计构筑了可无线通讯的柔性封装系统，完成了可拉伸锂离子电池、柔性气液相变传热器件、多功用柔性器件的稳定牢靠封装，展示了其在柔性能源、电子信息及生物医学等范畴中的宽广应用前景。上海交通大学资料科学与工程学院申清臣、蒋墨迪、王锐桐、宋柯贤和美国北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系Man Hou Vong为论文共同第一作者，上海交通大学资料科学与工程学院邓涛教授、尚文副研讨员、美国北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系Michael D. Dickey教授、A123系统研发中心王浚博士为论文共同通讯作者，上海交通大学为论文第一完成单位。
▲ 图1、液态金属与其他资料的性能对比：（A）金属、弹性体、液态金属的可拉伸性能和气密性能对比表示图；（B）各类封装资料杨氏模量与氧透过系数对比图。红色数据点为本研讨测得的液态金属密封资料的数据。 研讨团队应用该液态金属密封复合资料对基于水系电解质的可拉伸锂离子电池中止封装和性能测试（图2A, B）。测试发现，在自然未拉伸状态下，封装的锂离子电池可逆容量为105.5 mAh/g，经500次充放电循环后，仍可坚持72.5%的初始容量，而传统弹性体封装的电池在循环约160次后则完整失效；在20%拉伸应变状态下，液态金属复合资料封装的电池容量仍可维持在105.0 mAh/g，且在拉伸、弯曲、扭曲等变外形态下，其恒流充放电曲线和相应的容量都简直坚持不变（图2B）。因而，此类器件作为可拉伸电子器件中的储能组件潜力庞大（图2C）。
▲ 图2、液态金属密封复合资料应用于可拉伸水系锂离子电池的封装：（A）液态金属封装的可拉伸水系锂离子电池结构表示图；（B）封装的锂离子电池在连续循环拉伸（20%）、弯曲（60°）和扭曲（90°）状态下的电压曲线（黑色曲线）和放电容量（红点数据）；（C）基于液态金属封装的可拉伸锂离子电池作为储能组件在实践应用中中止供电：由该电池供电的发光二极管阵列工作图（左），由该电池供电的电子手表在电池无拉伸状态下 （中）和拉伸状态下（右）的工作图。 此外，研讨团队还发现液态金属封装复合资料对乙醇等常用有机溶剂也具有优秀的密封效果。团队设计制备了以乙醇为工质的可拉伸气液相变传热器件（图3A），研讨结果表明，在拉伸和加热状态下，该封装后的器件的有效导热率可稳定维持在300 W/(mK)以上，有望为柔性电子器件热管理提供全新牢靠的处置计划。 针对液态金属资料因自身具有电磁屏蔽效应而会限制封装器件与外界的无线通讯的功用这一问题，研讨团队进一步提出了分隔式结构设计，经过在液态金属封装系统中引入电磁波信号传输窗口，在坚持原有优秀可拉伸性能和高气密性能的前提下，赋予了封装系统可无线通讯的功用（图3B），由此更进一步拓展了液态金属复合资料在多功用电子器件封装范畴的应用。
▲ 图3、液态金属密封复合资料应用于可拉伸气液相变传热器件及无线通讯功用的完成：（A）液态金属封装的可拉伸气液相变传热器件整体及内部结构表示图；（B）可无线通讯的液态金属封装系统。在封装系统中引入电磁波信号传输窗口，完成了射频辨认（RFID）电子标签与RFID阅读器之间的无线通讯。 这项工作得到了国度自然科学基金委（51973109、51873105）、上海市教委创新项目（2019-01-07-00-02-E00069）、上海交通大学致远基金和上海交通大学留学奖学金的资助。
追求学术谬误，三年攻坚克难 创新引领展开，勇攀科研高峰 为交大人点赞！ 本文来自：上海交大，资料科学与工程学院，作者：申清臣 蒋墨迪。 义务编辑： |
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