Команда исследователей из KAIST и Сеульского национального университета создала уникальные чернила для печати электроники, которые могут менять жесткость — становиться твердыми или мягкими в зависимости от температуры. Это открытие приближает эру гибкой носимой электроники, медицинских имплантов и роботов, способных адаптироваться к любым условиям.

Результаты опубликованы в издании Science Advances.

Обычная электроника либо жесткая (как смартфон), либо мягкая (как медицинский датчик). Первая надежная, но неудобна для ношения, вторая — комфортна, но хрупка. Ученые давно искали материал, который мог бы переключаться между этими состояниями.

Галлий — металл, который плавится при температуре чуть ниже тела человека, — казался идеальным кандидатом.

В твердом виде он жесткий, в жидком — мягкий. Но у него есть минусы: высокая текучесть, нестабильность при плавлении и сложность в печати.

Исследователи решили проблему, создав чернила на основе микрочастиц галлия, смешанных с полиуретаном. Их ключевая находка — контроль кислотности среды: при нагревании растворитель разрушается, создавая условия, в которых частицы галлия сливаются в проводящие цепи.

Что это дает

• Тонкие (тоньше волоса) и сложные схемы, которые можно печатать при комнатной температуре.
• Проводимость как у обычных плат, но с возможностью менять жесткость в 1465 раз.
• Совместимость с промышленными методами печати — например, трафаретной или 3D-печатью.

Ученые показали два применения:

1. Устройство, которое работает как жесткий гаджет, но становится мягким на теле — например, датчик пульса.
2. Нейроимплант, который остается твердым при вживлении, а затем размягчается, снижая воспаление.

Мы нашли способ печатать жидкий металл так, чтобы он сохранял высокую проводимость и при этом менял свойства, — говорит профессор Чжон. — Теперь можно создавать электронику, которая адаптируется под любые задачи.

Эта технология решает три ключевые проблемы:

• Для носимой электроники — больше не нужно жертвовать удобством ради функциональности. Умные часы могут быть жесткими на запястье, но мягкими при ударе.
• Для медицины — импланты, которые не травмируют ткани после установки, снизят риск отторжения.
• Для робототехники — представьте манипулятор, который твердеет для точных действий, но смягчается при контакте с хрупкими предметами.

Главный прорыв — масштабируемость. Если раньше подобные эксперименты оставались в лабораториях, теперь их можно внедрять в массовое производство.

Основной вопрос — долговечность. Галлий склонен к окислению, а циклы переключения между твердым и мягким состоянием могут приводить к деградации материала. В статье нет данных о том, как чернила ведут себя после тысяч таких переходов. Кроме того, кислотная обработка может ограничивать совместимость с биологическими тканями.

Ранее ученые оправдали использовани нитрида галлия в имплантах.