Journal of Adhesion and Interface (접착 및 계면)

The Society of Adhesion and Interface, Korea (한국접착및계면학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Recent Research Trend in Deformable Devices Composed of Ga-based Liquid Metal

갈륨 기반 액체 금속을 활용한 형태가변형 전자 소자의 최신 연구 동향: 소재 및 제조 공정

  • Ye Seul Nam (Department of Material Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Kangto Han (Department of Material Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Ji Hwan Jung (Department of Chemical Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Siyoung Lee (Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto) ;
  • Geun Yeol Bae (Department of Material Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology)
  • 남예슬 (금오공과대학교 소재디자인공학과) ;
  • 한강토 (금오공과대학교 소재디자인공학과) ;
  • 정지환 (금오공과대학교 화학공학과) ;
  • 이시영 (토론토대학교 기계산업공학과) ;
  • 배근열 (금오공과대학교 소재디자인공학과)
  • Received : 2023.03.16
  • Accepted : 2023.05.02
  • Published : 2023.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The deformable devices refer to the devices that can maintain their initial performance even when stretched or bent. Among the materials used as conductor in deformable devices, Ga-based liquid metal is one of the most promising materials because it can provide not only high conductivity and deformability but also low toxicity. In this paper, we introduce Ga-based liquid metals and then discuss the recent research trend in deformable devices composed of Ga-based liquid metal.

형태가변형 전자 소자는 늘림, 굽힘 등 기계적으로 변형된 상태에서도 초기 소자 특성이 유지되는 소자를 말한다. 형태가변형 전자 소자에 적용되는 여러 전도성 소재 중 갈륨 기반 액체 금속은 상온에서 액체 상태로 존재하며 우수한 형태가변성과 전기 전도성, 낮은 인체유해성으로 인해 최근 다양한 형태가변형 전자 소자에 적용되고 있다. 본 고에서는 최근 보고된 여러 연구들을 중심으로 갈륨 기반 액체 금속을 소개하고 이를 활용한 다양한 형태가변형 전자 소자 및 제조 공정에 대해 논하고자 한다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 한국연구재단의 지역대학우수과학자지원사업(2022R1I1A3072720)의 지원을 받아 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

References

  1. M. D. Dickey, Adv. Mater. 29, 1606425 (2017).
  2. Y. Kim, J. Kim, C. Y. Kim, T. Kim, C. Lee, K. Jeong, W. Jo, S. Yoo, T. S. Kim, K. C. Choi, and S. G. Im, Chem. Eng. J. 431, 134074 (2022).
  3. Z. Zhang, X. Gui, Q. Hu, L. Yang, R.Yang, B. Huang, B.-R. Yang, and Z. Tang, Adv. Electron. Mater. 7, 2100174 (2021).
  4. G. Y. Bae, J. T. Han, G. Lee, S. Lee, S. W. Kim, S. Park, J. Kwon, S. Jung, and K. Cho, Adv. Mater. 30, 1803388 (2018).
  5. M. Catenacci, C. Reyes, and M. Cruz, ACS Nano 12, 3689 (2018).
  6. Y. Tang, S. Gong, Y. Chen, L. Wei Yap, and W. Cheng, ACS Nano 8, 5707 (2014).
  7. T. Yamada, Y. Hayamizu, Y. Yamamoto, Y. Yomogida, A. Izadi-Najafabadi, D. N. Futaba, and K. Hata, Nat. Nanotechnol. 6, 296-301 (2011). https://doi.org/10.1038/nnano.2011.36
  8. P. Zhang, P. Xu, H. Fan, Z. Sun, and J. Wen, Appl. Surf. Sci. 471, 595 (2019).
  9. Y. Liu, K. He, G. Chen, W. R. Leow, and X. Chen, Chem. Rev. 117, 12893 (2017).
  10. M. A. H. Khondoker, and D. Sameoto, Smart Mater. Struct. 25, 093001 (2016).
  11. Q. Wang, Y. Yu, and J. Liu, Adv. Eng. Mater. 20, 1700781 (2018).
  12. Y. Lin, J. Genzer, and M. D. Dickey, Adv. Sci. 7, 2000192
  13. S. Zhu, J. H. So, R. Mays, S. Desai, W. R. Barnes, B. Pourdeyhimi, and M. D. Dickey, Adv. Funct. Mater. 23, 2308 (2013).
  14. M. Duan, Y. Ren, X. Sun, X. Zhu, X. Wang, L. Sheng, and J. Liu, ACS Omega 6, 24444 (2021).
  15. G.Chen, H. Wang, R. Guo, M. Duan, Y. Zhang, and J. Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 6112 (2020).
  16. J. Yan, Y. Lu, G. Chen, M. Yang, and Z. Gu, Chem Soc Rev 47, 2518-2533 (2018). https://doi.org/10.1039/C7CS00309A
  17. X. Wang, R. Guo, and J. Liu, Adv. Mater. Technol. 4, (2019).
  18. S. Chen, H.-Z. Wang, R.-Q. Zhao, W. Rao, and J. Liu, Matter 2, 1446
  19. F. Lu, T. Xiao, J. Lin, Z. Ning, Q. Long, L. Xiao, F. Huang, W. Wang, Q. Xiao, X. Lan, and H. Chen, Hydrometallurgy 174, 105 (2017).
  20. J. H. Kim, J. J. Kim, S. H. Shin, and I. C. Bang, 액체 갈륨 합금, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 냉각재. No.1013697210000 (2012).
  21. X. Sun, B. Yuan, L. Sheng, W. Rao, and J. Liu, Appl. Mater. Today 20, 100722
  22. X. Sun, B. Yuan, H. Wang, L. Fan, M. Duan, X. Wang, Guo, R. and Liu, J. Adv. Biomed. Res. 1, 2000086 (2021).
  23. K. Ma, and J. Liu, Front. Energ. Power Eng. China 1, 384 (2007).
  24. H. Li, and J. Liu, Front. Energy 5, 20 (2011).
  25. K. Khoshmanesh, S. Y. Tang, J. Y. Zhu, S. Schaefer, A. Mitchell, K. Kalantar-Zadeh, and M. D. Dickey, Lab Chip. 17, 974 (2017).
  26. A. Dobosz, Y. Plevachuk, V. Sklyarchuk, B. Sokoliuk, and T. Gancarz, Fluid Phase Equilib 465, 1 (2018).
  27. H. Ge, H. Li, S. Mei, and J. Liu, Renew. Sustain. Energy Rev. 21, 331 (2013).
  28. S. Handschuh-Wang, T. Gan, T. Wang, F. J. Stadler, and X. Zhou, Langmuir 37, 9017 (2021).
  29. H. Zhu, S. Wang, M. Zhang, T. Li, G. Hu, and D. Kong, npj Flex. Electron. 5, 25 (2021).
  30. T. Liu, P. Sen, and C. J. J. Kim, Microelectromechanical Syst. 21, 443 (2012).
  31. L. Cademartiri, M. M. Thuo, C. A. Nijhuis, W. F. Reus, S. Tricard, J. R. Barber, R. N. S. Sodhi, P. Brodersen, C. Kim, R. C. Chiechi, and G. M. J. Whitesides, Phys. Chem. C 116, 10848 (2012).
  32. Z. J. Farrell, and C. Tabor, Langmuir 34, 234 (2018).
  33. H. Song, T. Kim, S. Kang, H. Jin, K. Lee, and H. J. Yoon, Small 16, 1903391
  34. E. G.Villora, Y. Morioka, T. Atou, T. Sugawara, M. Kikuchi, and T. Fukuda, Phys. Stat. Sol. (a) 193, 187 (2002).
  35. X. Q. Zheng, H. Zhao, Z. Jia, X. Tao, and P. X. L. Feng, Appl. Phys. Lett. 119, 013505 (2021).
  36. T. Terasako, Y. Kawasaki, and M. Yagi, Thin Solid Films 620, 23 (2016).
  37. M. D. Dickey, R. C. Chiechi, R. J. Larsen, E. A. Weiss, D. A. Weitz, and G. M. Whitesides, Adv. Funct. Mater. 18, 1097 (2008).
  38. Z. Zhao, S. Soni, T. Lee, C. A. Nijhuis, and D. Xiang, Adv. Mater. 35, 2203391 (2023).
  39. M. D. Dickey, ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 18369 (2014).
  40. M. Song, K. E. Daniels, A. Kiani, S. RashidNadimi, and M. D. Dickey, Adv. Intell. Syst. 3, 2100024 (2021).
  41. J. Yang, W. Cheng, and K. Kalantar-Zadeh, Proc. IEEE 107, 2168 (2019).
  42. Q. Wang, Y. Yu, K. Pan, and J. Liu, IEEE. Trans. Biomed. Eng. 61, 2161 (2014).
  43. S. A. Chechetka, Y. Yu, X. Zhen, M. Pramanik, K. Pu, and E. Miyako, Nat. Commun. 8, 15432 (2017).
  44. J.-H. Kim, S. Kim, J.-H. So, K. Kim, and H.-J. Koo, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 17448 (2018).
  45. Y. Kim, J. Song, S. An, M. Shin, and D. Son, Polymers 14, 3409 (2022).
  46. Z. Li, Y. Guo, Y. Zong, K. Li, S. Wang, H. Cao, and C. Teng, Nanomaterials 11, 2246 (2021).
  47. J. D. Eshelby, Proc. R. Soc. Lond. A. Math. Phys. Sci. 241, 376 (1957).
  48. R. W. Style, R. Boltyanskiy, B. Allen, K. E. Jensen, H. P. Foote, J. S. Wettlaufer, and E. R. Dufresne, Nat. Phys. 11, 82 (2014).
  49. M. D. Bartlett, A. Fassler, N. Kazem, E. J. Markvicka, P. Mandal, and C. Majidi, Adv. Mater. 28, 3726 (2016).
  50. Q. Xu, N. Oudalov, Q. Guo, H. M. Jaeger, and E. Brown, Phys. Fluids 24, 063101 (2012).
  51. M. J. Ford, M. Palaniswamy, C. P Ambulo, T. H. Ware, and C. Majidi, Soft Matter 16, 5878-5885 (2020). https://doi.org/10.1039/D0SM00278J
  52. Y. Liu, X. Ji, and J. Liang, npj Flex. 5, 11 (2021).
  53. Y. Xu, Y. Su, X. Xu, B. Arends, G. Zhao, D. N. Ackerman, H. Huang, S. P. Reid, J. L. Santarpia, C. Kim, Z. Chen, S. Mahmoud, Y. Ling, A. Brown, Q. Chen, G. Huang, J. Xie, and Z. Yan, Sci. Adv. 9, Sci. Adv., 9 (1), eadf0575 (2023).
  54. J. Yang, D. Tang, J. Ao, T. Ghosh, T. Neumann, D. Zhang, Y. Piskarev, T. Yu, V. Khanh Truong, K. Xie, Y.-C. Lai, Y. Li, and M. D. Dickey, Adv. Funct. Mater. 30, 2002611
  55. J. N. Hohman, M. Kim, G. A. Wadsworth, H. R. Bednar, J. Jiang, M. A. Lethai, and P. S.Weiss, Nano Lett. 11, 5104 (2011).
  56. T. R. Lear, S. H. Hyun, J. W. Boley, E. L. White, D. H. Thompson, and R. K. Kramer, Extreme Mech. Lett. 13, 126 (2017).
  57. L. Zheng, M. Zhu, B. Wu, Z. Li, S. Sun, and P. Wu, Sci. Adv. 7, (2021).
  58. M. J. Ford, D. K. Patel, C. Pan, S. Bergbreiter, C. Majidi, M. J. Ford, D. K. Patel, C. Pan, S. Bergbreiter, and C. Majidi, Adv. Mater. 32, 2002929
  59. Y. Lin, C. Cooper, M. Wang, J. J. Adams, J. Genzer, and M. D. Dickey, Small 11, 6397 (2015).
  60. B. Deng, G. J. Cheng, B. Deng, and G. J. Cheng, Adv. Mater. 31, 1807811 (2019).
  61. S. G. Wallace, N. P. Bradshaw, N. X. Williams, J. H. Qian, K. W. Putz, C. E. Tabor, and M. C. Hersam, Adv. Mater. Technol. 7, 2101178 (2022).
  62. H. Wang, Y. Yao, Z. He, W. Rao, L. Hu, S. Chen, J. Lin, J. Gao, P. Zhang, X. Sun, X. Wang, Y. Cui, Q. Wang, S. Dong, G. Chen, and J. Liu, Adv. Mater. 31, 1901337 (2019).
  63. V. Vallem, V. Aggarwal, M. D. Dickey, V. Vallem, V. Aggarwal, and M. D. Dickey, Adv. Mater. Technol. 2201233 (2022).
  64. S. Veerapandian, W. Jang, J. B. Seol, H. Wang, M. Kong, K. Thiyagarajan, J. Kwak, G. Park, G. Lee, W. Suh, I. You, M. E. Kilic, A. Giri, L. Beccai, A. Soon, and U. Jeong, Nat. Mater. 20, 533 (2021).
  65. T. Kim, D. M. Kim, B. J. Lee, and J. Lee, Sensors 19, 4250 (2019).
  66. J. Wang, S. Liu, S. Guruswamy, and A. Nahata, Opt. Express 22, 4065 (2014).
  67. S. Y. Tang, Y. Lin, I. D. Joshipura, K. Khoshmanesh, and M. D. Dickey, Lab Chip 15, 3905 (2015).
  68. S. Kim, J. Oh, D. Jeong, and J. Bae, ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 20557 (2019).
  69. Y. Gao, H. Ota, E. W. Schaler, K. Chen, A. Zhao, W. Gao, H. M. Fahad, Y. Leng, A. Zheng, F. Xiong, C. Zhang, L. C. Tai, P. Zhao, R. S. Fearing, and A. Javey, Adv. Mater. 29, 1701985 (2017).
  70. N. Zolfaghari, P. Khandagale, M. J. Ford, K. Dayal, and C. Majidi, Soft Matter 16, 8818
  71. Y. Yu, J. Guo, B. Ma, D. Zhang, and Y. Zhao, Sci. Bull. 65, 1752
  72. R. Lin, H. J. Kim, S. Achavananthadith, Z. Xiong, J. K. W. Lee, Y. L. Kong, and J. S. Ho, Nat. Commun. 13, 2190 (2022).
  73. R. Guo, H. Wang, G. Chen, B. Yuan, Y. Zhang, and J. Liu, Appl. Mater. Today 20, 100738
  74. X. Wang, J. Liu, Y. Zheng, B. Shi, A. Chen, L. Wang, and G. Shen, Sci. China Mater. 2022, 2235 (2022).
  75. Q. Zhang, D. J. Roach, L. Geng, H. Chen, H. J. Qi, and D. Fang, Smart Mater. Struct. 27, 035019 (2018).
  76. L. Johnston, J. Yang, J. Han, K. Kalantar-Zadeh, and J. Tang, J. Mater. Chem. C 10, 921 (2022).
  77. M. Tavakoli, M. H. Malakooti, H. Paisana, Y. Ohm, D. Green Marques, P. Alhais Lopes, A. P. Piedade, A. T. de Almeida, and C. Majidi, Adv. Mater. 30, 1801852 (2018).
  78. Z. Ma, Q. Huang, Q. Xu, Q. Zhuang, X. Zhao, Y. Yang, H. Qiu, Z. Yang, C. Wang, Y. Chai, and Z. Zheng, Nat. Mater. 20, 859 (2021).
  79. W. Lin, W. Qiu, Y. Tuersun, X. Huang, S. Chu, W. Lin, W. Qiu, Y. Tuersun, X. Huang, and S. Chu, Adv. Mater. Interfaces 8, 2100819 (2021).
  80. Y. Cui, F. Liang, Z. Yang, S. Xu, X. Zhao, Y. Ding, Z. Lin, and J. Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 9203 (2018).
  81. C. Xiao, J. Feng, H. Xu, R. Xu, and T. Zhou, ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 20000 (2022).
  82. C. Ladd, J.-H. So, J. Muth, M. D. Dickey, C. Ladd, J. So, M. D. Dickey, and J. Muth, Adv. Mater. 25, 5081 (2013).
  83. K. Kim, and J. Bae, Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. 10, 535 (2022).
  84. Z. Li, H. Liu, C. Ouyang, W. Hong, X. Cui, T. Lu, B. Pingguan-Murphy, F. Li, and F. Xu, Adv. Funct. Mater. 26, 165 (2016).
  85. Y. Zheng, Q. Zhang, and J. Liu, AIP Adv. 3, (2013).
  86. K. K. B. Hon, L. Li, and I. M. Hutchings, CIRP annals 57, 601 (2008).
  87. J. Xu, H. Guo, H. Ding, Q. Wang, Z. Tang, Z. Li, and G. Sun, ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 7443 (2021).
  88. P. Wu, J. Fu, Y. Xu, and Y. He, ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 13458 (2022).
  89. M. Arifur Rahim, F. Centurion, J. Han, R. Abbasi, M. Mayyas, J. Sun, M. J. Christoe, D. Esrafilzadeh, F.-M. Allioux, M. B. Ghasemian, J. Yang, J. Tang, T. Daeneke, S. Mettu, J. Zhang, M. Hemayet Uddin, R. Jalili, and K. Kalantar-Zadeh, Adv. Funct. Mater. 31, 2007336 (2021).
  90. I. D. Joshipura, K. A. Persson, V. K. Truong, J. H. Oh, M. Kong, M. H. Vong, C. Ni, M. Alsafatwi, D. P. Parekh, H. Zhao, and M. D. Dickey, Langmuir 37, 10914 (2021).
  91. Y. Xia, and G. M. Whitesides, Annu. Rev. Mater. Sci. 28, 153 (1998).
  92. X. Han, Y. Zhang, J. Tian, T. Wu, Z. Li, F. Xing, and S. Fu, Polym. Eng. Sci. 62, 3 (2022).
  93. M. Kim, C. Kim, H. Alrowais, and O. Brand, Adv. Mater. Technol. 3, 1800061 (2018).
  94. M. Kim, D. K. Brown, and O. Brand, Nat. Commun. 11, 1002
  95. P. Wu, Z. Wang, X. Yao, J. Fu, and Y. He, Mater. Horiz. 8, 2006 (2021).
  96. Y. C. Sun, G. Boero, and J. Brugger, ACS Appl. Electron. Mater. 3, 5423 (2021).
  97. N. Lazarus, S. S. Bedair, and I. M. Kierzewski, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 1178 (2017).
  98. V. Savu, J. Kivioja, J. Ahopelto, and J. Brugger, IEEE Trans. Appl. Supercond. 19, 242 (2009).
  99. A. Tabatabai, A. Fassler, C. Usiak, and C. Majidi, Langmuir 29, 6194 (2013).
  100. A. Hirsch, H. O. Michaud, A. P. Gerratt, S. de Mulatier, S. P. Lacour, A. Hirsch, H. O. Michaud, A. P. Gerratt, S. de Mulatier, and S. P. Lacour, Adv. Mater. 28, 4507 (2016).
  101. T. V. Neumann, B. Kara, Y. Sargolzaeiaval, S. Im, J. Ma, J. Yang, M. C. Ozturk, and M. D. Dickey, Micromachines 12, 146 (2021).
  102. T. H. Park, J.-H. Kim, S. Seo, T. H. Park, S. Seo, and J. Kim, Adv. Funct. Mater. 30, 2003694 (2020).
  103. J. Chen, J. Zhang, Z. Luo, J. Zhang, L. Li, Y. Su, X. Gao, Y. Li, W. Tang, C. Cao, Q. Liu, L. Wang, and H. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 22200
  104. C. Zhang, Z. Li, H. Li, Q. Yang, H. Wang, C. Shan, J. Zhang, X. Hou, and F. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 38328 (2022).
  105. L. Long, X. Che, P. Yao, X. Zhang, J. Wang, M. Li, and C. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 18690 (2022).
  106. P. Xiao, J. H. Kim, and S. Seo, Mater. 14, 4313 (2021).
  107. Y. Yang, J. Han, J. Huang, J. Sun, Z. Lin Wang, S. Seo, and Q. Sun, Adv. Funct. Mater. 30, 1909652
  108. J. Wang, P. Cui, J. Zhang, Y. Ge, X. Liu, N. Xuan, G. Gu, G. Cheng, and Z. Du, Nano Energy 89, 106320 (2021).
  109. S. Guo, P. Wang, J. Zhang, W. Luan, Z. Xia, L. Cao, and Z. He, Front. Energy 13, 474-482 (2019). https://doi.org/10.1007/s11708-019-0632-0
  110. Y.-C. Lai, H.-W. Lu, H.-M. Wu, D. Zhang, J. Yang, J. Ma, M. Shamsi, V. Vallem, and M. D. Dickey, Adv. Energy Mater. 11, 2100411 (2021).
  111. Y. Song, N. Wang, C. Hu, Z. L. Wang, and Y. Yang, Nano Energy 84, 105919 (2021).
  112. P. Lv, X. Yang, H. K. Bisoyi, H. Zeng, X. Zhang, Y. Chen, P. Xue, S. Shi, A. Priimagi, L. Wang, W. Feng, and Q. Li, Mater. Horiz. 8, 2475 (2021).
  113. Y.-H. Lin, R. Siddall, F. Schwab, T. Fukushima, H. Banerjee, Y. Baek, D. Vogt, Y.-L. Park, and A. Jusufi, Adv. Intell. Syst. 2000244 (2021).
  114. S. Xiang, D. Liu, C. Jiang, W. Zhou, D. Ling, W. Zheng, X. Sun, X. Li, Y. Mao, and C. Shan, Adv. Funct. Mater. 31, 2100940 (2021).
  115. R. Dong, L. Wang, C. Hang, Z. Chen, X. Liu, L. Zhong, J. Qi, Y. Huang, S. Liu, L. Wang, Y. Lu, and X. Jiang, Small 17, 2006612 (2021).
  116. X. H. Yang, and J. Liu, Front. Energy 12, 259 (2018).
  117. Y. Ding, X. Guo, Y. Qian, and G. Yu, ACS Cent. Sci. 6, 2287
  118. K. Zuraiqi, A. Zavabeti, F.-M. Allioux, J. Tang, C. K. Nguyen, P. Tafazolymotie, M. Mayyas, A. Ramarao, M. Spencer, K. Shah, C. F. Mcconville, K. Kalantar-Zadeh, K. Chiang, and T. Daeneke, Joule 4, 2290
  119. J. E. Park, H. S. Kang, M. Koo, and C. Park, Adv. Mater. 32, 2002178
  120. Z. J. Farrell, A. R. Jacob, V. K. Truong, A. Elbourne, W. Kong, L. Hsiao, M. D. Dickey, and Christopher Tabor. Chem. Mater. 35, 964 (2023).
  121. Li, H., Qiao, R., Davis, T. P. and Tang, S. Y. Biosensors 10, 196 (2020).