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南京
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传统电子设备材料硬度远高于人体组织,在弯曲拉伸时易开裂失效。基于镓铟合金(EGaIn)的液态金属虽具备高导电性与延展性,但表面易形成绝缘氧化层且表面张力大,沉积后通常需热、机械或激光等激活步骤才能导通。《先进科学》期刊Zui新研究报道了一种聚乙烯醇(PVA)改性液态金属颗粒(PmLMPs)墨水,通过喷雾打印可直接生成全导电、高延展电路,彻底省去后处理环节。

研究团队采用超声破碎与离心纯化工艺,将EGaIn微滴包裹于7至10纳米厚的超薄PVA聚合物壳层内。该改性显著降低了颗粒表面能与Zeta电位(从约-70毫伏降至-38毫伏),改善了在弹性基底上的润湿性。喷雾过程中,气溶胶颗粒以约4米/秒的临界速度撞击基底,机械应力足以破裂氧化-聚合物复合壳层,暴露出新鲜金属表面并实现接触融合。原子力显微镜测试显示,单颗粒屈服力仅略高于未改性颗粒,证实超薄PVA层未阻碍破裂过程。

墨水采用去离子水与乙醇3:1体积比的二元溶剂体系,蒸发过程中的表面张力梯度引发马兰戈尼对流,使流体速度提升约22倍。这种涡流不仅抵消了重力沉降,还将微小颗粒挤入大颗粒间隙形成纳米级点接触,毛细桥模型预测局部应力可达约200兆帕,足以进一步破坏残留壳层。优化后的PmLMP薄膜在打印后即刻达到约1.5×10^6西门子/米的电导率,可图案化线宽低至50微米、面积超20×20平方厘米的导电线路。

机电性能测试表明,PmLMP线路在超过200%甚至800%的单调拉伸下仍保持电气连续性,电阻仅缓慢上升至约2.8倍;在应变下循环1400次(约5万秒)后阻值波动有限。该电路可直接贴装标准电子元件,已应用于多种场景:封装于Ecoflex中的柔性伤口敷料搭载红光LED,在小鼠全层皮肤缺损模型中加速了伤口愈合;同一平台结合LiCl水凝胶皮肤界面,实现了可穿戴肌电图与心电图监测,并通过低功耗蓝牙实时控制遥控车辆与心率可视化。

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