半嵌入式颗粒-液态金属交联双面可拉伸电子器件实现超稳定应变不敏感导电性

　　针对液态金属(LM)在柔性基底上界面稳定性差、高应变下电性能易失效的难题，研究人员开发了半嵌入式颗粒-液态金属交联结构(SEPSLC)。通过磁控沉积与重力沉降协同策略，在柔性基底双面构建半嵌入式液态金属颗粒(SELMPs)与表面液态金属(SLM)的稳定交联网络，实现了初始电导率1.194×106 S/m、600%应变下ΔR/R0 ≈208%的卓越性能，为多层柔性电路集成及生物电信号监测提供了新范式。

　　

在柔性电子技术迅猛发展的今天，液态金属(Liquid Metal, LM)因其独特的金属流体特性成为研究热点。这种室温下呈液态的合金（如镓铟合金Ga-In）兼具高导电性（~10⁶
S/m）和本征可拉伸性，理论上能完美解决传统柔性电路在人体复杂曲面适配性差、大变形下电阻剧增的痛点。然而现实却充满矛盾：LM极高的表面张力（>600 mN/m）使其难以稳定附着在柔性基底上；微通道灌注法虽能提升应变不敏感性，但氧化层会导致注塑困难；而直接印刷的电路又易受机械损伤。更棘手的是，多层电路集成需要稳定的垂直互连结构，现有技术往往面临层间剥离或变形失配的困境。

云南前沿液态金属公司等机构的研究团队在《Applied Materials Today》发表的研究中，创新性地提出半嵌入式颗粒-液态金属交联结构(Semi-Embedded Particle-Surface Liquid Metal Crosslinking, SEPSLC)。该结构通过磁控沉积磁性液态金属颗粒(Magnetic Liquid Metal Particles, MLMPs)与重力沉降液态金属颗粒(LMPs)的协同作用，在100 μm薄基底双面同步构建导电网络。研究发现，半嵌入式颗粒(SELMPs)的凸起部分能强力吸附表面液态金属(SLM)，形成类似"锚定桩"的三维交联，使界面接触电阻降低86%。最终获得的柔性电子器件初始电导率达1.194×10⁶
S/m，600%应变下电阻变化率仅208%，2000次100%应变循环后ΔR/R₀
仍<18%，性能远超传统蛇形结构（临界应变<200%）。

关键技术包括：(1)磁控-重力双模沉积法同步制备双面SELMPs；(2)模板印刷构建SLM电路图案；(3)生物电信号采集系统集成ECG/EMG电极；(4)600%应变疲劳测试系统。

SEPSLC的制造
通过调控基底预拉伸率（150%-250%）控制LMPs嵌入深度，磁控沉积时采用反向磁场使MLMPs单侧嵌入。扫描电镜显示SELMPs嵌入深度约粒径的40-60%，这种半暴露结构使SLM接触面积增加3.8倍，接触角从138°降至32°。

电学性能
四探针测试表明SEPSLC电导率接近块体LM（1.194 vs 3.4×10⁶
S/m）。独特的是，600%应变时SLM在拉伸方向形成"液态导线"，而SELMPs维持局部导电通路，使整体电阻呈线性变化而非阶跃上升。

应用验证
构建的8×8 LED阵列在300%应变下亮度保持率>95%；柔性加热器在200%应变时温度波动<2℃；EMG电极成功捕获肱二头肌电信号，通过机器学习分类后实现游戏角色控制，反应延迟<50 ms。

该研究突破性地解决了LM与柔性基底的界面稳定性难题，SEPSLC结构中SELMPs的"应变缓冲"效应和SLM的"液态自修复"特性形成互补。值得注意的是，双面集成策略无需传统垂直通孔(Via)，通过基底透磁实现MLMPs双向定位，这对发展高密度柔性集成电路具有启示意义。未来或可拓展至四维打印动态电路、可植入式神经电极等领域，但需进一步研究长期生物相容性及极端环境（如-20-100℃）下的性能稳定性。