可拉伸40倍 ，液體金屬導電彈性體

近期 ，韓國科學技術院Jiheong Kang團隊設計出了一種高性能液態金屬基的導電彈性體的製備方式 。利用該方法利用聲場對分散有液體金屬粒子彈性導體複合材料內的液態金屬粒子進行組裝 ，形成液態金屬粒子網絡 。由於液態金屬粒子的尺寸效應 ，這種導電複合材料克服了液態金屬泄露的問題 。其次這種具有液態金屬粒子網絡的滲流結構和變形機使得在高變形下複合材料仍然具備高導電性 ，印刷有這種材料的柔性電路板在二維拉伸的情況下難以察覺的電阻變化 。並且實現了在大於4000%的形變下 ，電阻變化仍可以忽略不計 。這種方式還可以在各種聚合物基質中生成液態金屬粒子網絡 ，包括水凝膠 、自愈合彈性體和光阻劑，從而顯示出它們在柔性電子設備中的應用潛力 。該工作以題為“Universal assembly of liquid metal particles in polymers enables elastic printed circuit board”的文章發表於Science上 。昆士蘭大學喬瑞瑞（音譯）和英國伯明翰大學工程係助理教授唐詩楊同期在Science發表題目為“Connecting liquid metals with sound”評論文章 。

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圖1 ：液態金屬粒子網絡導電彈性體的製備過程

為了製備微米大小的LMPs ，首先使用探針超聲器完成液態金屬的分散 。隨後去除分散溶劑 ，置換為PU聚合物溶液 ，並將將LMP-PU油墨打印在PU基板上 ，打印線在80°C下退火24小時 ，以完全去除殘留的溶劑 。此時印刷線是絕緣的 ，因為聚合物基體中LMPs的粒子間距離很大 ，這是由天然氧化物的靜電排斥引起的 。一般來說 ，LMPs基導體需要一個活化（燒結）步驟來互連LMPs並實現高導率 。現階段有各種活化方法 ，如應用外力 、高溫燒結和激光燒結等 。這些方法通常破壞了LMPs的天然氧化層 ，並使得大量的液態金屬泄漏到其他LMPs的腔體內 ，使得互聯互通 ，因此也容易導致液體金屬外泄 。但是在這篇文章中 ，采用聲場應用於作為印刷的LMPs-PU線 ，在聚合物基體中形成高導電LMPs組裝網絡實現液體金屬的互通 ，由於分散的液體金屬仍保持微米甚至納米級的顆粒狀 ，因此該材料不會發生液體金屬的泄漏 。

圖2 ：液態金屬粒子網絡導電彈性體性能表征

液態金屬粒子網絡導電彈性體在100%應變時電阻變化為零（R/Ro = 1.00） ，在600% 、2000%和4100%應變時都具有良好的導電率（R/Ro分別為 1.41 、5.18和20.8） 。這種材料還具有良好的環境穩定性 ，在磷酸鹽緩衝鹽水中浸泡16周性能依然如初 。也具備高循環穩定性（100%應變下15000次循環 ，300%應變下8000次循環 ，500%應變下1200次循環性能完好） 。 即使在雙軸拉伸條件下 ，其電阻也沒有發生明顯的變化 。這證明了液態金屬粒子網絡導電彈性體優良的性能 。

這種基於聲場形成液態金屬粒子網絡的策略適用於大多數聚合物基質 。通過實驗成功地在超過15種具有不同化學和機械性能的不同聚合物中形成了液態金屬粒子網絡 。我們還使用其他具有不同熔化溫度和組成的液態金屬合金證實了液態金屬粒子網絡的形成 。所有的液態金屬粒子網絡體係都表現出高導率 。

小結 ：這篇文章報道了一種高導電和堅韌的液體金屬基彈性導體的通用合成路線 ，通過聲場作用於液體金屬-聚合物複合材料 ，形成了包括一個長程有序組裝的液態金屬粒子網絡 。這種結構可以實現高變形下材料電阻變化幾乎不變 。這種方式可以在各種聚合物基質中生成液態金屬粒子網絡 ，證明其通用性 。這種合成方式的柔性電子材料可以滿足多種柔性電子設備的性能需求 ，有巨大的應用潛力 。

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