英文原题：Liquid metal hybrid: Structural engineering toward strain-insensitive stretchable conductors

第一作者：李杰（功能材料23级本科生）

通讯作者：赵凯博士、郭春显教授、叶常青教授

作者：李杰、刘亚龙、赵凯、郭春显、叶常青

          随着可穿戴设备、软体机器人和人机交互技术的飞速发展，可拉伸导体作为柔性电子系统的核心组件，其性能稳定性成为关键挑战。近日，课题组在《Materials Today Chemistry》上发表综述文章，系统总结了液态金属（Liquid Metal, LM）杂化材料通过结构工程实现应变不敏感导体的最新进展。该研究为下一代高性能可拉伸电子器件提供了创新设计思路。

液态金属杂化材料：分类与优势

         液态金属以其独特的导电性和流体性结合，成为应变不敏感导体的理想候选材料。文章首先将LM杂化材料分为三类：

         1、核心-壳结构：如天然氧化壳或功能材料（如纤维素纳米纤维、氧化石墨烯）包覆的LM纳米颗粒（LMNPs），提升稳定性和可加工性；

         2、LM-聚合物杂化：通过微通道注入或纳米颗粒分散，实现可调流变性和高拉伸性；

         3、LM-固体填料杂化：引入金属颗粒（如金、银纳米线）或磁性材料，增强导热性和功能多样性。

四大结构策略：实现应变不敏感性的核心创新

         团队重点阐述了四种结构工程策略，这些策略通过微观结构设计抵消几何变形导致的电阻变化，确保导体在极端拉伸下保持电学稳定。

1. 机械紧凑的LMNP结构

         通过机械烧结或蒸发诱导烧结使LMNPs部分融合，形成类似“铰链”的导电网络。拉伸时，颗粒间接触面积增加，补偿电阻变化。例如，meniscus-guided打印技术可实现高分辨率图案化，初始电导率达1.9×10^5 S/m，在200%应变下电阻变化仅1.5倍。

2. 双相材料结构

         将LM与固体填料（如金颗粒、银纳米线）或聚合物结合，形成固-液混合体系。拉伸时，固体相锚定LM网络，液态金属流动填充间隙，实现动态导电补偿。例如，双相金-镓薄膜在循环变形中电阻漂移极小，可用于软体LED微电路。

3. 复杂几何结构

         利用蛇形、皱纹、网格或Kirigami（剪纸）结构沉积LM杂化材料，通过结构形变分散应变。例如，蛇形微网格电极在800%应变下电阻变化可忽略，而皱纹结构可通过预拉伸诱导褶皱扁平化，实现1800%应变下的近乎零电阻变化。

4. 层状结构

         通过垂直堆叠多层导电材料（如LM与碳纳米管、银纳米线交替），实现层间电导补偿。拉伸时，底层LM流动至顶层，填补裂纹。例如，双层LM/AgNW电极在1000%应变下电阻变化小于10%，适用于高密度集成电路。

应用前景与挑战

         LM杂化导体已成功应用于可拉伸互联、LED阵列和生物集成电子等领域。然而，团队指出仍需解决以下挑战：

         界面稳定性：LM与硅基微电子的可靠连接需更高粘附性和低接触电阻；

         电热稳定性：高电流密度下的焦耳热可能加速材料退化；

         规模化制造：开发卷对卷兼容技术，推动产业化；

         生物相容性：需优化材料安全性，适用于可穿戴医疗设备。

结语

         该综述不仅系统梳理了LM杂化材料的最新进展，还提出了未来研究方向，强调多学科交叉在解决实际应用瓶颈中的重要性。随着液态金属技术的成熟，应变不敏感导体或将很快走向商业化，开启柔性电子新纪元。

Liquid metal hybrid: Structural engineering toward strain-insensitive stretchable conductors

Jie Li, Yalong Liu, Kai Zhao, Chunxian Guo, Changqing Ye

Mater. Today Chem. 2025, 49: 103042.

Available online: 13 September 2025

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468519425005324?via%3Dihub