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  隨著電子科技的高速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，柔性電子器件的需求與日俱增。柔性電子技術(shù)需要電子器件具有柔性、可拉伸性、生物相容性等諸多新特性。液體金屬（Liquid Metal, LM）完美結(jié)合了液體的形變能力與金屬的導(dǎo)電能力，而且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的生物相容性，是理想的柔性電路材料。然而，LM表面張力極大（例如鎵銦合金（其中74.5 wt% Ga和25.5 wt %In），624 mN m^–1），難以加工，也難以與其它基底等材料復(fù)合，大大限制了LM在柔性電子領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

  中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員李朝旭帶領(lǐng)的仿生智能材料研究組，通過(guò)將LM在海藻酸鹽溶液中超聲處理，制備成包覆有海藻酸鹽微凝膠的LM微納液滴。在超聲的過(guò)程中海藻酸鹽不僅可以通過(guò)羧基與Ga³⁺配位促進(jìn)粒徑的降低，而且可以螯合Ga³⁺形成微凝膠，從而抑制Ga³⁺的進(jìn)一步釋放，提高了材料的生物相容性。包覆海藻酸鹽微凝膠的LM分散液不僅增加了膠體穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，還可以大幅增加其與柔性基底的親和性，可用于電子墨水。雖然微納液滴組成的電路由于氧化層外殼呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)，但是可以通過(guò)外加壓力的方法恢復(fù)其導(dǎo)電性（4.8×10⁵ S m^–1）。這種電路可應(yīng)用于可穿戴微電路、電熱驅(qū)動(dòng)器和電子皮膚等領(lǐng)域（圖1）。相關(guān)成果已發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater. 2018, 28，1804197）上。

圖1. 海藻酸鹽輔助超聲制備LM納米液滴及應(yīng)用

  由于LM微納液滴表面存在氧化層或者穩(wěn)定劑，以其沉積的電路需要通過(guò)外加壓力、激光、高溫等處理恢復(fù)其導(dǎo)電性，這些后處理技術(shù)不僅耗費(fèi)能量，而且在應(yīng)用上存在諸多局限性。該研究組通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在生物質(zhì)納米纖維（Nanofibers, NFs）（例如：纖維素NFs、甲殼素NFs、蠶絲NFs等）的水分散液中超聲LM，可以得到穩(wěn)定分散的LM微納液滴。常溫常壓下干燥分散液，LM微納液滴能夠燒結(jié)成連續(xù)的液體金屬導(dǎo)電薄膜（圖2）。深入研究表明，生物基NFs可能具有三個(gè)方面的作用：第一，生物基NFs具有豐富的親水基團(tuán)（例如羥基、羧基等），可以在超聲過(guò)程中與Ga³⁺交聯(lián)，降低液態(tài)金屬的粒徑和增加液態(tài)金屬液滴的膠體穩(wěn)定性；第二，生物基NFs在蒸發(fā)過(guò)程中可以產(chǎn)生很高的毛細(xì)作用力，進(jìn)而破壞LM微納液滴外面包覆的殼層；第三，增大液態(tài)金屬層對(duì)基底的粘附力，使其可以穩(wěn)定附著在玻璃、聚對(duì)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）、油紙等多種材質(zhì)表面。基于蒸發(fā)燒結(jié)制備的薄膜或者涂層材料具有柔性、高反射率、可伸縮導(dǎo)電性（伸長(zhǎng)率達(dá)200%）、良好的電磁屏蔽效果、生物降解性和對(duì)濕度、光、電具有超快的刺激響應(yīng)性等特點(diǎn)，蒸發(fā)燒結(jié)的方法可廣泛應(yīng)用于微電路、傳感、可穿戴設(shè)備和柔性機(jī)器人等柔性電子學(xué)領(lǐng)域。相關(guān)成果發(fā)表于近期的《自然-通訊》（Nat. Commun. 2019, 10, 3514）上。

圖2. 生物質(zhì)NFs輔助超聲制備LM微納液滴及燒結(jié)展示

  上述研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（Nos.21474125, 51608509）、山東省杰出青年基金（Nos. JQ201609）、山東省博士基金（ZR2016EEB25）、研究所一三五重點(diǎn)培育項(xiàng)目等的支持。

  論文鏈接：

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

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