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液態(tài)金屬可用于在柔性基質(zhì)中形成導(dǎo)電通路，但這種方法需要對軟材料進(jìn)行圖案化，并使用激光或機(jī)械力燒結(jié)液態(tài)金屬。

在此，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）?Jiheong?Kang教授等人使用聲場在聚合物基質(zhì)內(nèi)組裝液態(tài)金屬顆粒網(wǎng)絡(luò)，以制備彈性印刷電路板。結(jié)果表明，本文的器件表現(xiàn)出高導(dǎo)電性、高拉伸性、強(qiáng)粘附性，且拉伸過程中電阻的微小變化可以忽略不計。同時，由于聲場策略是通用的，作者通過將各種聚合物與液態(tài)金屬相結(jié)合來合成水凝膠，自修復(fù)彈性體和光刻膠。相關(guān)研究成果“Universal assembly of liquid metal particles in polymers enables elastic printed circuit board”為題發(fā)表在Science上。

彈性印刷電路板（E-PCB）是一種導(dǎo)電框架，用于系統(tǒng)級可拉伸電子設(shè)備的簡單組裝。E-PCB需要具有高導(dǎo)電性的彈性導(dǎo)體，高拉伸性，對各種組件的堅韌附著力，即使在大應(yīng)變下也能察覺到阻抗變化。鎵（Ga）是一種銀藍(lán)色金屬，熔點為29.8°C，可用于制造具有各種性能的合金。例如，Ga和銦（In）的合金（3：1）熔點約為15.7°C，盡管In的熔點為~157°C。在室溫下為液態(tài)的Ga合金，稱為Ga基液態(tài)金屬（GaLM），通常具有低毒性和高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。由于這些特性，GaLM-聚合物復(fù)合材料已被考慮用于在可拉伸設(shè)備中制造電子元件，例如用于生物醫(yī)學(xué)和生物傳感應(yīng)用的器件。然而，使用GaLM聚合物復(fù)合材料可靠地制造可拉伸導(dǎo)電電路的策略仍然難以捉摸。

本文提出了一個液態(tài)金屬顆粒網(wǎng)絡(luò)（LMP_NET），其通過向固態(tài)絕緣液態(tài)金屬顆粒復(fù)合材料施加聲場作為彈性導(dǎo)體來組裝。結(jié)果表明，LMP_NET導(dǎo)體滿足上述所有要求，并能夠制造多層高密度E-PCB，其中許多電子元件緊密集成以創(chuàng)建高度可拉伸的皮膚電子設(shè)備。此外，本文的策略也可以生成LMP_NET在各種聚合物基質(zhì)中，包括水凝膠、自修復(fù)彈性體和光刻膠，從而顯示出它們在軟電子中的應(yīng)用潛力。其中，本文也作為最新一期文章的封面論文。

制備策略：為了合成LM顆粒（LMPs），將30 mL丙酮放入玻璃瓶中，同時注入1.35g LM。然后將探針超聲器以63μm振幅（44%）在室溫水浴中20分鐘，產(chǎn)生LM微滴。采用行星離心混合器離心分離LM液滴30分鐘。然后小心地倒出溶劑。對于lm-聚合物復(fù)合材料，將聚合物溶液加入到小瓶中，并使用AR-100在混合模式下混合10分鐘。一旦墨水制造完成，就通過絲網(wǎng)印刷工藝將其繪制在聚合物基底上。將lm-聚合物復(fù)合材料打印出來后，在80°C下干燥24小時，以去除剩余的溶劑。干燥過程結(jié)束后，將薄膜用透明膠帶固定在玻璃上，然后放入一個裝滿水的玻璃罐中。注意的是：使用振幅為43μm（30%）的探針超聲器對打印的復(fù)合材料施加聲場。

圖1. 聚合物中液態(tài)金屬顆粒網(wǎng)絡(luò)的形成及其在彈性印刷電路板中的應(yīng)用

圖2. LMP_Net的電子-力學(xué)性能

圖3. 基于LMP_Net的E-PCB

圖4. LMP_Net在各種聚合物中的應(yīng)用

Wonbeom Lee et al., Universal assembly of liquid metal particles in polymers enables elastic printed circuit board, 2022, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo6631

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