陈根：新方法制造液态金属，助力可穿戴设备发展

文|陈根

如今，可穿戴电子技术在一定程度上已经改变了人们获取信息的方式，并成为人们生活中重要的部件之一。柔性可穿戴电子设备作为连接生物体和传统电子设备的理想媒介，不仅可以收集生理学信号来监测人体健康，还可以制造多功能智能设备来丰富人类日常生活。

然而，将传统的电子设备（刚性和平面的）与曲线、动态和可变形的生物材料相接需要面临许多挑战。一个主要的挑战来自软生物材料和刚性常规电子器件之间的机械失配。具体来说，传统的电子材料在1-3％的应变下会失效，而人的皮肤在关节处会承受约30%的应变和约100%的应变。

液态金属是一种高度导电和可变形的导体，在可拉伸电子器件和系统中具有广阔的发展前景。近日，南京大学的科学家们发展了一种基于液相工艺的液态金属图案化加工方法，该方法制备的液态金属具有高分辨率(100μm)、优异的导电性(4.15 × 104S cm−1)、超高拉伸性能(1000%拉伸应变)以及机械耐久性。

研究中，科学家们在橡胶表面修饰了聚多巴胺（PDA）涂层，通过银离子活化、化学镀铜而制备金属涂层，然后利用液态金属对铜的润湿性，实现液态金属的选择性涂敷。加工的图案则是通过丝网印刷掩膜实现，掩膜在制备PDA层后作为牺牲层洗去，从而在弹性基底上实现高精度图案化修饰和液态金属涂敷。

在300%应变下进行的1000次的循环拉伸测试中，该液态金属电阻变化仍然稳定，且具有突出的耐机械疲劳特性。同时，液态金属线路即使长期放置于空气中，其电导率也不会有明显变化。

值得一提的是，在弹性体基底上，科学家们将发光二极管(LED)芯片与液态金属互连的异质集成用于可伸缩和可穿戴的LED阵列，实现了大形变量的双轴拉伸，从而可作为固态光源与身体贴合而实现无缝集成。

未来，该方法可能会在皮肤传感器、可穿戴加热器、先进假肢和软机器人等领域得到广泛应用。