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  目前，柔性電子設備的彎曲、折疊性能正朝著更耐久、曲率更小的方向發展，其中柔性電路不可避免地處于動態形變的工作環境中。傳統剛性導電材料（例如Cu，Ag，ITO）往往易發生斷裂導致材料電性能下降。近年來，研究人員采用兼具“流動性”與“高導電”的鎵基液態金屬顆粒（LMPs）制備柔性電路來替代剛性導電材料。然而已有關于LMPs的研究仍存在以下挑戰：（1）LMPs表面存在三氧化二鎵（Ga₂O₃）半導體層，制備的電路需要通過外加燒結來形成導電通路；（2）燒結的電路周圍存在未活化LMPs，讓電路存在短路的風險。因此，克服鎵基液態金屬顆粒表面電惰性，制備可實時自修復的柔性電路，對保證柔性電子設備在動態下穩定和長期使用有著重要的意義。

  針對上述問題，華南理工大學劉嵐教授課題組通過原位化學鍍方法，將納米銀包覆在LMPs的表面，成功制備了無需外加燒結就具有優異初始電導率的“核-殼”導電顆粒（Ag@LMPs）。這種顆粒在彎折或機械破壞時，因外層銀殼的破裂而釋放低模量的液態金屬，保持導電通路實時連接。正因以上優勢，通過絲網印刷制得的電路具有出色的穩定性和耐用性（在0.5mm的彎曲半徑下進行10000次彎曲后，R/R₀<1.65）。

圖1 （a）Ag@LMPs的制備流程；（b）Ag@LMPs的形貌和粒徑分布；（c）透射電鏡與EDS元素分布圖

  這項工作通過在液態金屬表面進行原位化學鍍納米銀（圖1a），成功將銀包覆在液態金屬表面，得到了核-殼結構的Ag@LMPs。其粒徑約分布在1.5 μm左右（圖1b）。透射電鏡（TEM）與EDS元素分析也進一步證明核-殼的組分（圖1c）。

圖2 （a）銀含量對Ag@LMPs的紫外-可見光結果的影響；（b）銀含量對Ag@LMPs的銀殼厚度與初始導電性能的影響；（c）粒子具有耐酸堿能力；（d）銀含量對Ag@LMPs形貌的影響

  外殼納米銀層的厚度是影響核-殼粒子結構與性能的重要因素。圖2研究了銀含量對Ag@LMPs的殼厚度與初始導電性的影響。結果表明，隨著銀含量增加，納米銀殼厚度逐漸增加，相應的初始電導率也提升。隨后將Ag@LMPs通過絲網印刷制備了柔性可折疊電路A-circuit（圖3a-b），表現出優異的穩定性和耐用性（如圖4b-e）。由于液態金屬在受力時會溢出，可實現柔性電路的實時自修復。（如圖4f-j）

圖3 Ag@LMPs電路的制備與圖案化

圖4 （b-e）A-circuit在折疊時的電性能穩定性;（f）A-circuit的實時自修復性能；（g-j）液態金屬受力溢出的EDS元素分布

  在應用方面，Ag@LMPs制備的柔性電路能夠用在NFC標簽，柔性排線、可直寫電路等方面，表現出穩定的電性能；因此，在柔性電子設備展現出很好的應用潛力。

圖5 Ag@LMPs的應用（a-c）柔性NFC；（d-f）柔性排線；（g-i）可直寫電路

  相關成果以“A Novel Conductive Core–Shell Particle Based on Liquid Metal for Fabricating Real‐Time Self‐Repairing Flexible Circuits”為題發表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上，第一作者為華南理工大學碩士生鄭榮敏，通訊作者為劉嵐教授。該研究獲得廣州市科技計劃項目重點項目（項目號：201904020034）的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910524