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  液態金屬憑借其高導電性，室溫下可任意形變及低模量的特點，在可拉伸及可穿戴電子材料領域具備很好的商業應用前景。然而，目前可拉伸的液態金屬導體材料面臨著兩個嚴峻的挑戰。首先，由于比表張力很大 （以鎵銦錫共熔液態金屬為例，室溫下的表面張力為718 mN m^-1），液態金屬很難自動在可拉伸的高分子基底表面浸潤及鋪展，這給液態金屬導體的制備帶來困難。其次，由于大應變拉伸時導體材料的尺寸變化，導體的電阻不可避免地會有很大的增加 （幾十幾百倍）。此外，在可穿戴電子的是長期實際應用中，材料的透氣性對穿著舒適性也極為重要。基于以上，鄭子劍教授團隊通過對超浸潤液態金屬及拉伸導電性增加的聚合物分子框架的設計，在三維多孔的纖維網絡修飾可與液態金屬反應型浸潤的銀層，使得液態金屬的浸潤接觸角到0°左右。同時，纖維網絡的毛細力使得液態金屬可快速灌輸到超親的纖維網絡中。這一現象在拉伸過程中更加明顯，進而產生更多的導電回路來緩解電阻在大應變下的變化。

圖1. 超浸潤液態金屬及拉伸導電性增加的液態金屬導體材料的制備。

  該團隊通過液態金屬與銀層的反應型浸潤，制備銦銀的金屬間化合物，使得液態金屬在靜電紡絲纖維網絡表面的接觸角從145°降低到0°左右。同時，由于靜電紡絲網絡的毛細力，液態金屬可進一步灌輸到其三維多孔的結構中，可得到高液態金屬載量 （64~210 mg cm^-2）低電阻的可拉伸導體材料。在實際應用中，該導體材料還能在拉伸-松弛的過程中形成橫向網狀和垂直彎曲的褶皺結構，使得該導體具有透氣透水性。這項研究工作為高導電性、高導電穩定性、超浸潤的液態金屬可拉伸導體材料設計提供了一種新的策略。

圖2. a)液態金屬載量與導電性的關系；b)應力應變曲線；c) 應變下的電阻變化；d) 循環拉伸測試過程中的電阻變化。

  同時，作者發現在拉伸過程中，液態金屬不僅不會被擠出，反而會更好地灌輸到纖維網絡內部。這有利于拉伸過程中液態金屬更好地修復內部破裂的硬的銀層，進而形成更多液態金屬-銀的導電網絡，使得導電性隨應變的增大而提高，表現出電阻在2500%應變下僅僅2.5倍的變化。

圖3. a，b）表面及截面的液態金屬在松弛（上）及拉伸狀態（下）時的分布；c）不同應變下的電導率變化；d, e）與其他可拉伸導體材料的拉伸性、導電性及導電穩定性的比較。

  該團隊進一步印刷了透氣的可拉伸電子器件，包括可拉伸印刷電路及發熱器件等，其透氣透水性能與商用的布料比如棉布、蠶絲、滌綸、尼龍等相提并論，體現了較好的穿戴舒適性。

圖4. a，b）印刷電路的制備示意圖及照片; c）印刷電路的透氣透水性的示意圖; d, e, f) 印刷器件的透氣、透水汽、及透水性；g) 可拉伸印刷電路的展示; h, i, j) 發熱器件的應用展示。

  以上相關成果分別發表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2021, 2105587), 論文的第一作者為香港理工大學博士生莊秋娜，共同第一作者為華南理工大學馬志軍副研究員，通訊作者為鄭子劍教授，共同通訊作者為香港理工大學黃琪瑤研究助理教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105587