具有高拉伸性和高韧性的可拉伸电子器件对于软体机器人、皮肤电子器件和植入式电子器件至关重要。本征可拉伸导体已经取得了实质性的进展。在导电聚合物和纳米复合材料中成功地实现了具有橡胶般可拉伸性的高金属导电性。然而，某些关键的挑战，包括在拉伸过程中不可避免的电阻变化，以及难以实现长期循环稳定性和与电子元件的强界面结合，仍然存在。因此，一个弹性印制电路板( E-PCB )在没有结构工程的情况下是无法实现的。
韩国科学技术院Jiheong Kang的课题组提出了一种液态金属颗粒网络( LMPNet )，通过在固态绝缘液态金属颗粒复合材料中施加声场作为弹性导体组装而成。LMPNet 导体满足上述所有要求，并能够制造多层高密度E-PCB，其中大量的电子元件紧密集成，以创建高度可拉伸的皮肤电子产品。此外，我们可以生成LMPNetin各种聚合物基质，包括水凝胶、自修复弹性体和光刻胶，从而显示其在软电子学中的应用潜力。
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图1 .聚合物中液态金属颗粒网络的形成及其在弹性印刷电路板中的应用
( A )通过声场应用在现有微米尺寸液态金属颗粒( LMP )表面形成液态金属纳米颗粒( LMPnano )的示意图。( B )在聚合物中形成的LMPs和LMP网络( LMPNet )的扫描电子显微镜图像，在原始LMPs表面形成了LMP纳米粒子。标尺条，3 μ m。( C )高导电性LMPNet形成的示意图和弹性LMPNet的独特行为源于原始LMP和LMPnano尺寸的差异，导致拉伸过程中电阻变化可以忽略。( D )基于LMPNet的弹性多层印制电路板示意图及可拉伸集成电子器件的组装。
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( A ) LMP -聚合物复合材料的导电性，作为LMPNet形成前后液态金属含量的函数；LMPNet的电导率达到2.10 × 10^6 ± 9.8 × 10^4S / m ( n = 3 ,其中n为用于生成统计数据的样本数)。( B ) LMPNet在高达500 % (红线, R / R0 = 1.33)的单轴应变下的相关电阻变化，以及基于不可压缩球形导体[灰色圆点, R / R0 = ( 1 + ϵ ) ^2 ,其中D是施加的应变]的理论预测。( C ) LMPNetline在100 % strain(顶部,深蓝色)拉伸15，000次和300 % strain(底部,浅蓝色)拉伸8000次过程中的相对电阻变化。插入物显示了导体对施加应变的详细电阻响应。( D ) LMP -聚合物(灰色)和LMPNet -聚合物(红色)复合材料的应力-应变曲线。当LMPNet形成后，机械强度提高了160 %，韧性提高了190 %。( E )纯LM和LMPNet在表面功能化基材上的界面粘附强度。LMPNet( 596 ± 5.6 J / m2 , n = 3 ,其中n是用于生成统计数据的样本数量)在表面功能化基底上的界面粘附强度比纯LM( 11.2 ± 3.2 J / m2 , n = 3 ,其中n是用于生成统计数据的样本数量)提高了5300 %以上。( F ) LMPNet在外部刺激、划痕(顶部)和划痕(底部)下的相对电阻变化，表明LMPNet的机械和电气稳定性。
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( A )使用LMPNet组装的用于可拉伸显示的电路线和LED阵列示意图。( B ) LED阵列在静态(左)和100 %应变(右)下读取' DMDL '的光学图像。( C )使用LMPNet组装可拉伸健康监测系统的电路线路、VIAs和电子组件的示意图。( D )光学图像显示在拉伸150 %前后光电容积脉搏波( PPG )传感器的工作情况。( E )附着在人体皮肤上的PPG传感器的光学图像(左)和PPG传感器的归一化读数，作为应用于PPG传感器电路板的strain( 0、50、100和150 %应变)的函数(右)。( F )独立集成可拉伸电子系统(左)和双轴拉伸电子系统(右)的光学图像。该系统包括26个VIAs和38个电子元器件。
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( A )用于LMPNet形成的各种聚合物基质的杨氏模量。( B )不同聚合物(塑料、弹性体、自修复聚合物、硅基聚合物、氟聚合物和水凝胶)形成的LMPNet的应力-应变曲线；数据表明，可以通过选择合适的聚合物来调节机械性能。( C )基于不同聚合物基质的LMP -聚合物和LMPNet -聚合物复合材料的电阻。LMPNet表现出低电阻( < 5欧姆)，与宿主矩阵( n = 4 ,其中n为用于生成统计数据的样本数)无关。( D )由四种不同成分的液态金属构成的LMPNet的熔点(顶部)和电阻(底部)；数据表明，具有低熔点的多种类型金属也可以用来形成LMPNet( n = 4 ,其中n为用于生成统计数据的样本数)。( E )图案化LMPNet的数字图像(左上)、光学显微图像(右上角,左下角)和厚度轮廓(右下)。( F )各种电极的示意图(左)及其阻抗谱(右)；金电极(黄色)，干燥的LMP -水凝胶(灰色)，干燥的LMPNet -水凝胶(红色)和水凝胶(蓝色)。由于离子渗入水凝胶(左)，Swol en LMPNet-hydrogel表现出最低的阻抗。( G )受损和自愈的LMPNet的光学显微图像(顶部)和数字图像(底部)。
本文报道了一种不存在LM泄漏问题的高导电和机械韧性LMP基导体的通用合成路线。LM导体包括长程组装的LMPs网络( LMPNet )和坚韧的弹性体基体。大变形下LMPNet的逾渗结构和变形机制发生改变，表现为高导电性、突出韧性和不易察觉的电阻变化。LMPNet是由一个较大的LMPs(平均尺寸2 ~ 3 mm)作为主框架，较小的LMPs(平均尺寸为100 nm ,记为LMPnano)作为网络连接器组成的网络。当LMPNet被拉伸时，微米尺寸的LMP会变形为椭球形结构，而LMPnano连接器保持与固体粒子相似的完整性。因此，颗粒-颗粒接触可以在大应变下保持，导致大应变下( > 4000 % )的阻力变化可以忽略不计。
【参考文献】
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo6631
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