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  液態金屬由于其低熔點（低于300℃）、高沸點（高于1000℃）、低粘度、高表面張力、高體積電導率（106 S·m-1）、廣泛的金屬溶解能力、多重響應性以及表面天然二維納米氧化膜等優異且獨特的性質，而在催化、電化學、生物醫藥、柔性電子等領域具有極大的應用潛力。近來，液態金屬和PDMS等高分子材料制備的新型復合材料展示出高韌性、高導電率、缺口不敏感性以及自修復等優異性能，但液態金屬與水凝膠的結合卻少有報道，值得深入研究。

  近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所李朝旭研究員在AdvancedFunctional Materials上發表了一篇題為“Liquid Metal Droplets Wrapped with Polysaccharide Microgel as Biocompatible Aqueous Ink for Flexible Conductive Devices”的研究論文。該論文采用超聲技術將鎵銦共晶（EGaIn）分散在低濃度海藻酸溶液中，制備出一種高導電率的納米尺寸海藻酸微凝膠包裹的液態金屬液滴的生物墨水。

圖1. （A）海藻酸凝膠包裹EGaIn納米液滴墨水的制備示意圖；EGaIn液滴的SEM圖像（B）和TEM圖像（C）；不同海藻酸濃度下納米液滴殼壁厚度（D）和液滴直徑（E）（比例尺為100 nm）。

  如圖1所示，海藻酸不僅通過羧基與金屬液滴表面的Ga3+的相互作用促進EGaIn的粒徑從400nm減小至100nm，并且與表面Ga3+產生螯合作用形成一層類似雞蛋殼的堅固且不透氧氣的納米凝膠層。純水中的液態金屬納米微粒僅能穩定存在6小時以內，而微凝膠層極大地提高了納米液態金屬膠體的穩定性，使其可在空氣中穩定存在7天以上，并在氮氣保護中穩定存在超過60天。此外，由于海藻酸層中富含羧基等極性基團，使得EGaIn液滴可以通過噴墨印刷、絲網印刷等方式附著在多種基底表面，并可通過“機械力燒結”恢復到接近EGaIn的電導率（4.8×105S·m-1）。而且由于液態金屬液滴與海藻酸殼以及基底的強相互作用，使得液態金屬墨水難以發生失水開裂。最后，海藻酸通過束縛有細胞毒性重金屬Ga3+離子和自身極好的生物相容性，進一步提高了液態金屬液滴的生物相容性。

圖2. EGaIn液滴在空氣中7天（A）和氮氣中60天（B）的SEM圖像；（C）氮氣中不同儲存時間的EGaIn液滴XRD圖像；（D）EGaIn液滴在海藻酸、水、羧甲基纖維素、透明質酸、吉蘭糖膠、殼聚糖超聲后的膠體穩定性與化學穩定性；（E）EGaIn液滴有無海藻酸殼包裹的生物毒性。

圖3. （A）不同基質上的圖案化；（B）無裂紋涂層的SEM圖像；（C）機械燒結原理示意圖；（D）燒結后涂層的SEM圖像；（E）不同機械燒結壓力下涂層電導率以及不同粒徑的臨界燒結壓力；（F）燒結后涂層導電穩定性。

  液態金屬液滴燒結后除了提高材料的電導率外，還使得材料可以通過電場加熱脫水變形，并在70%的相對濕度下快速恢復。

圖4.  A. EGaIn生物墨水（5μm）U型涂覆在納米纖維素基底上（110μm）；B. 焦耳熱引發驅動器運動；C. 不同電壓下的最大變形；EGaIn生物墨水涂覆的PU泡沫（D）以及機械燒結前（E,F）和燒結后（G）液態金屬層在纖維支架上的圖像；（H）EGaIn生物墨水涂覆PU泡沫相對電阻隨壓縮應變的變化；（I）EGaIn泡沫作為壓力傳感器；（J）壓縮應力導致的孔變化

圖5.  EGaIn泡沫用作運動傳感器。（A,B）對腕部和頭部運動的傳感；（C）5×5的位置傳感器；（D）位置傳感器相對阻值的變化。

  本文采用超聲技術，方便的將鎵銦共晶（EGaIn）分散在低濃度海藻酸溶液中，海藻酸不僅通過羧基與金屬液滴表面的Ga3+的相互作用促進EGaIn粒子的納米化，并且與表面Ga3+產生螯合作用形成一層類似雞蛋殼的堅固且不透氧氣的納米凝膠層，大大提供了金屬納米液滴的分散穩定性，這種高導電率的納米尺寸海藻酸微凝膠包裹的液態金屬液滴可用于柔性導電器件的生物墨水使用。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201804197