可拉伸40倍！液体金属导电弹性体登BBIN BBIN宝盈上Science封面！

　　随着软体机器人、电子皮肤和可植入电子设备等柔性电子设备的发展，在弹性印刷电路板上的电子电路日益复杂，因此对弹性导电材料的性能要求也水涨船高。现阶段，弹性导电材料方面已经取得了一些重大突破，有文献报道已经可以实现制备出具有橡胶样拉伸性和高金属导电性的导电聚合物和纳米复合材料。然而，在弹性导电材料领域仍然存在一些关键的挑战，包括在拉伸过程中导电弹性体会不可避免地发生电阻变化的问题，由于分散于弹性体内的导电材料处于亚稳态而难以实现长期的循环稳定性的问题，很多导电弹性体也难以与电子元件形成强界面结合的问题等等。

　　室温液态金属（LMs）由于其金属电导率和极高变形性的特点，因此成为导电弹性体复合材料的理想组分。已经有相关文献通过各种方法研究了弹性导体的镓基LM，包括在弹性体中分散液态金属粒子（LMPs）、涂层多孔聚合物矩阵、液态金属粒子与固体导电填充复合材料等等。然而，基于液态金属的导电弹性体在外部机械刺激下存在泄漏问题，因此限制了这类材料的可靠性、均匀性和稳定性。

　　近期，韩国科学技术院Jiheong Kang团队设计出了一种高性能液态金属基的导电弹性体的制备方式。利用该方法利用声场对分散有液体金属粒子弹性导体复合材料内的液态金属粒子进行组装，形成液态金属粒子网络。由于液态金属粒子的尺寸效应，这种导电复合材料克服了液态金属泄露的问题。其次这种具有液态金属粒子网络的渗流结构和变形机使得在高变形下复合材料仍然具备高导电性，印刷有这种材料的柔性电路板在二维拉伸的情况下难以察觉的电阻变化。并且实现了在大于4000%的形变下，电阻变化仍可以忽略不计。这种方式还可以在各种聚合物基质中生成液态金属粒子网络，包括水凝胶、自愈合弹性体和光阻剂，从而显示出它们在柔性电子设备中的应用潜力。该工作以题为“Universal assembly of liquid metal particles in polymers enables elastic printed circuit board”的文章发表于Science上。昆士兰大学乔瑞瑞（音译）和英国伯明翰大学工程系助理教授唐诗杨同期在Science发表题目为“Connecting liquid metals with sound”评论文章。

　　为了制备微米大小的LMPs，首先使用探针超声器完成液态金属的分散。随后去除分散溶剂，置换为PU聚合物溶液，并将将LMP-PU油墨打印在PU基板上，打印线小时，以完全去除残留的溶剂。此时印刷线是绝缘的，因为聚合物基体中LMPs的粒子间距离很大，这是由天然氧化物的静电排斥引起的。一般来说，LMPs基导体需要一个活化（烧结）步骤来互连LMPs并实现高导率。现阶段有各种活化方法，如应用外力、高温烧结和激光烧结等。这些方法通常破坏了LMPs的天然氧化层，并使得大量的液态金属泄漏到其他LMPs的腔体内，使得互联互通，因此也容易导致液体金属外泄。但是在这篇文章中，采用声场应用于作为印刷的LMPs-PU线，在聚合物基体中形成高导电LMPs组装网络实现液体金属的互通，由于分散的液体金属仍保持微米甚至纳米级的颗粒状，因此该材料不会发生液体金属的泄漏。

　　液态金属粒子网络导电弹性体在100%应变时电阻变化为零（R/Ro = 1.00），在600%、2000%和4100%应变时都具有良好的导电率（R/Ro分别为 1.41、5.18和20.8）。这种材料还具有良好的环境稳定性，在磷酸盐缓冲盐水中浸泡16周性能依然如初。也具备高循环稳定性（100%应变下15000次循环，300%应变下8000次循环，500%应变下1200次循环性能完好）。 即使在双轴拉伸条件下，其电阻也没有发生明显的变化。这证明了液态金属粒子网络导电弹性体优良的性能。

　　这种基于声场形成液态金属粒子网络的策略适用于大多数聚合物基质。通过实验成功地在超过15种具有不同化学和机械性能的不同聚合物中形成了液态金属粒子网络。我们还使用其他具有不同熔化温度和组成的液态金属合金证实了液态金属粒子网络的形成。所有的液态金属粒子网络体系都表现出高导率。

　　小结：这篇文章报道了一种高导电和坚韧的液体金属基弹性导体的通用合成路线，通过声场作用于液体金属-聚合物复合材料，形成了包括一个长程有序组装的液态金属粒子网络。这种结构可以实现高变形下材料电阻变化几乎不变。这种方式可以在各种聚合物基质中生成液态金属粒子网络，证明其通用性。这种合成方式的柔性电子材料可以满足多种柔性电子设备的性能需求，有巨大的应用潜力。