随着电子科技的高速发展，人们生活水平的不断提高，柔性电子器件的需求与日俱增。柔性电子技术需要电子器件具有柔性、可拉伸性、生物相容性等诸多新特性。液体金属（Liquid Metal, LM）完美结合了液体的形变能力与金属的导电能力，而且具有良好的化学稳定性和优异的生物相容性，是理想的柔性电路材料。然而，LM表面张力极大（例如镓铟合金（其中74.5 wt% Ga和25.5 wt %In），624 mN m^–1），难以加工，也难以与其它基底等材料复合，大大限制了LM在柔性电子领域的实际应用。

　　青岛能源所李朝旭研究员带领的仿生智能材料研究组，通过将LM在海藻酸盐溶液中超声处理，制备成包覆有海藻酸盐微凝胶的LM微纳液滴。在超声的过程中海藻酸盐不仅可以通过羧基与Ga³⁺配位促进粒径的降低，而且可以螯合Ga³⁺形成微凝胶，从而抑制Ga³⁺的进一步释放，提高了材料的生物相容性。包覆海藻酸盐微凝胶的LM分散液不仅增加了胶体稳定性和化学稳定性，还可以大幅增加其与柔性基底的亲和性，可用于电子墨水。虽然微纳液滴组成的电路由于氧化层外壳呈现绝缘状态，但是可以通过外加压力的方法恢复其导电性（4.8×10⁵ S m^–1）。这种电路可应用于可穿戴微电路、电热驱动器和电子皮肤等领域（图1）。相关成果已发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2018, 28，1804197)上。

　　图1. 海藻酸盐辅助超声制备LM纳米液滴及应用

　　由于LM微纳液滴表面存在氧化层或者稳定剂，以其沉积的电路需要通过外加压力、激光、高温等处理恢复其导电性，这些后处理技术不仅耗费能量，而且在应用上存在诸多局限性。该研究组通过研究发现，在生物质纳米纤维（Nanofibers, NFs）（例如：纤维素NFs、甲壳素NFs、蚕丝NFs等）的水分散液中超声LM，可以得到稳定分散的LM微纳液滴。常温常压下干燥分散液，LM微纳液滴能够烧结成连续的液体金属导电薄膜（图2）。深入研究表明，生物基NFs可能具有三个方面的作用：第一，生物基NFs具有丰富的亲水基团（例如羟基、羧基等），可以在超声过程中与Ga³⁺交联，降低液态金属的粒径和增加液态金属液滴的胶体稳定性；第二，生物基NFs在蒸发过程中可以产生很高的毛细作用力，进而破坏LM微纳液滴外面包覆的壳层；第三，增大液态金属层对基底的粘附力，使其可以稳定附着在玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate, PET）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（Styrene-ethylene-butene-styrene block copolymer, SEBS）、聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）、油纸等多种材质表面。基于蒸发烧结制备的薄膜或者涂层材料具有柔性、高反射率、可伸缩导电性（伸长率达200%）、良好的电磁屏蔽效果、生物降解性和对湿度、光、电具有超快的刺激响应性等特点，蒸发烧结的方法可广泛应用于微电路、传感、可穿戴设备和柔性机器人等柔性电子学领域。相关成果发表于近期的Nature Communications（Nat. Commun. 2019, 10, 3514）上。

　　上述研究获得国家自然科学基金（Nos.21474125, 51608509）、山东省杰出青年基金（Nos. JQ201609）、山东省博士基金（ZR2016EEB25）、研究所一三五重点培育项目等项目的支持。（文/图 李现凯）

　　图2. 生物质NFs辅助超声制备LM微纳液滴及烧结展示

　　相关链接：

　　1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201804197

　　2. https://www.nature.com/articles/s41467-019-11466-5