华南理工大学刘岚教授课题组《Adv.Funct.Mater.》：基于液态金属颗粒的功能化制备可实时自修复柔性电路
目前，柔性电子设备的弯曲、折叠性能正朝着更耐久、曲率更小的方向发展，其中柔性电路不可避免地处于动态形变的工作环境中。传统刚性导电材料（例如Cu，Ag，ITO）往往易发生断裂导致材料电性能下降。近年来，研究人员采用兼具“流动性”与“高导电”的镓基液态金属颗粒（LMPs）制备柔性电路来替代刚性导电材料。然而已有关于LMPs的研究仍存在以下挑战：（1）LMPs表面存在三氧化二镓（Ga2O3）半导体层，制备的电路需要通过外加烧结来形成导电通路；（2）烧结的电路周围存在未活化LMPs，让电路存在短路的风险。因此，克服镓基液态金属颗粒表面电惰性，制备可实时自修复的柔性电路，对保证柔性电子设备在动态下稳定和长期使用有着重要的意义。
针对上述问题，华南理工大学刘岚教授课题组通过原位化学镀方法，将纳米银包覆在LMPs的表面，成功制备了无需外加烧结就具有优异初始电导率的“核-壳”导电颗粒（Ag@LMPs）。这种颗粒在弯折或机械破坏时，因外层银壳的破裂而释放低模量的液态金属，保持导电通路实时连接。正因以上优势，通过丝网印刷制得的电路具有出色的稳定性和耐用性（在0.5mm的弯曲半径下进行10000次弯曲后，R/R0<1.65）。
图1 （a）Ag@LMPs的制备流程；（b）Ag@LMPs的形貌和粒径分布；（c）透射电镜与EDS元素分布图
这项工作通过在液态金属表面进行原位化学镀纳米银（图1a），成功将银包覆在液态金属表面，得到了核-壳结构的Ag@LMPs。其粒径约分布在1.5 μm左右（图1b）。透射电镜（TEM）与EDS元素分析也进一步证明核-壳的组分（图1c）。
图2 （a）银含量对Ag@LMPs的紫外-可见光结果的影响；（b）银含量对Ag@LMPs的银壳厚度与初始导电性能的影响；（c）粒子具有耐酸碱能力；（d）银含量对Ag@LMPs形貌的影响
外壳纳米银层的厚度是影响核-壳粒子结构与性能的重要因素。图2研究了银含量对Ag@LMPs的壳厚度与初始导电性的影响。结果表明，随着银含量增加，纳米银壳厚度逐渐增加，相应的初始电导率也提升。随后将Ag@LMPs通过丝网印刷制备了柔性可折叠电路A-circuit（图3a-b），表现出优异的稳定性和耐用性（如图4b-e）。由于液态金属在受力时会溢出，可实现柔性电路的实时自修复。（如图4f-j）
图3 Ag@LMPs电路的制备与图案化
图4 （b-e）A-circuit在折叠时的电性能稳定性;（f）A-circuit的实时自修复性能；（g-j）液态金属受力溢出的EDS元素分布
在应用方面，Ag@LMPs制备的柔性电路能够用在NFC标签，柔性排线、可直写电路等方面，表现出稳定的电性能；因此，在柔性电子设备展现出很好的应用潜力。
图5 Ag@LMPs的应用（a-c）柔性NFC；（d-f）柔性排线；（g-i）可直写电路
相关成果以“A Novel Conductive Core–Shell Particle Based on Liquid Metal for Fabricating Real‐Time Self‐Repairing Flexible Circuits”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上，第一作者为华南理工大学硕士生郑荣敏，通讯作者为刘岚教授。该研究获得广州市科技计划项目重点项目（项目号：201904020034）的资助。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910524
相关进展
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
关注高分子科学技术 👉
长按二维码关注
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina
（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
这里“阅读原文”，查看更多