Liquid metal is being regarded as a promising material for soft electronics owing to its distinct combination of high electrical conductivity comparable to that of metals and exceptional deformability derived from its liquid state. However, the applicability of liquid metal is still limited due to the difficulty in simultaneously achieving its mechanical stability and initial conductivity. Furthermore, reliable and rapid patterning of stable liquid metal directly on various soft substrates at high-resolution remains a formidable challenge. To overcome these limitations, in this thesis, the design strategy for custom liquid metal ink that can utilize the characteristics of the direct ink writing printing process is presented, and the development of the meniscus-guided printing process for the ink is discussed. Ink for the meniscus-guided direct ink writing printing includes liquid metal microgranular particles attached to a polyelectrolyte in an acidic water-soluble solvent. Next, meniscus-guided printing based on a direct ink writing method capable of printing a stretchable conductor having initial conductivity, robust adhesion on substrates, and electromechanical stability using this ink is presented. Liquid metal microgranularparticle printed in the evaporative regime is mechanically stable, initially conductive, and patternable down to 50 μm on various substrates. To validate the simplicity, versatility, and reliability of this manufacturing strategy, a ultra-stretchable (~500% strain) electrical circuit, customized electronic skin, and zero-waste ECG sensor were demonstrated, verifying the potential for broad application in the development of advanced soft electronic devices.
액체 금속은 금속에 버금가는 높은 전기 전도성과 액체 상태에서 파생괸 뛰어난 변형성으로 인해 연성 전자 장치에 유망한 재료로 간주되고 있습니다. 그러나 기계적 안정성과 초기 전도성을 동시에 달성하기 어렵기 때문에 액체 금속의 적용 가능성은 여전히 제한적이다. 또한 다양한 연질 기판에서 직접 안정적인 액체 금속을 고해상도로 안정적이고 신속하게 패터닝하는 것은 어려운 과제로 남아있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 학위 논문에서는 직접 잉크 쓰기 프린팅 공정의 특성을 활용할 수 있는 맞춤형 액체 금속 잉크의 디자인 전략이 제시되며, 해당 잉크의 매니스커스 유도 인쇄 공정 개발에 관해 논의한다. 매니스커스 유도 직접 잉크 쓰기 인쇄 공정 맞춤형 잉크는 산성 수용성 용매에 고분자 전해질이 부착된 액체 금속 미세 과립 입자가 포함된다. 다음으로, 이 잉크를 사용해 초기 전도도, 기판에의 접착성, 전기기계적 안정성을 지니는 신축성 전도체를 인쇄할 수 있는 직접 잉크 쓰기 방식 기반의 메니스커스 유도 인쇄 공정을 제시한다. 증발 방식으로 인쇄된 액체 금속 미세 과립 입자는 기계적으로 안정적이며 초기 전도성을 띄며, 다양한 기판에서 50 μm까지 패터닝할 수 있다. 이 제조 전략의 단순성, 다용성, 및 신뢰성 검증을 위해 초신축성(~500% 변형) 전기 회로, 맞춤형 전자 피부 및 폐기물 없는 ECG센서를 시연했으며, 고급 소프트 전자 장치 개발에서 광범위한 활용을 가능성을 입증하였다.
