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以镓合金为代表的室温液态金属的发展给软体机器人、电子皮肤和可穿戴电子产品带来了巨大的希望，而这些应用领域需要能保持高导电性的耐应变材料，其形变量需超过100%。为了满足该类材料的需求，研究人员曾将微电路与金属箔和碳纤维与弹性体基底结合制备可拉伸电子材料，但这些方法难以实现材料高伸长率和循环稳定性。而最近，高导电率的液态镓合金弹性体复合材料作为可拉伸弹性导体展现出独特的性质，例如超高伸长率和自愈合能力等，但镓合金表面形成的绝缘氧化层却影响着其性能。近期，美国空军研究实验室的Christopher Tabor小组利用液态镓合金的氧化层制造聚合液态金属网络（Poly-LMNs），并提出了一种新的可拉伸电子材料的设计策略。他们利用11-膦酸十一烷基酯对镓合金的氧化层进行化学改性，利用其末端的丙烯酸酯基团进行聚合，获得液态金属含量大于99wt％的高度交联液态金属颗粒-聚合物网络（Poly-LMN）。![]()
虽然该网络最初呈现电绝缘性，但拉伸该网络会使金属颗粒破裂并释放导电的液态金属，形成渗透网络。在形变恢复后，该网络将自主形成液态金属连接的导电网络，其平均零应变电导率为2500 S cm-1，其电导率较拉伸前提升了8个数量级。自主的分层结构使得的该网络在不同应变下，可以维持接近恒定的电阻，同时其体积电导率可以提升近10倍（在>700％应变时为20000S cm-1）。在研究了该材料的上述特性之后，他们还与其他可拉伸导体进行比较，证明了Poly-LMN的应变记忆能力和拉伸时的加热能力。其卓越的机电特性、力响应性以及简单的处理方法使Poly-LMN有望成为可伸缩电力传输和传感电路的理想材料。![]()
图1.聚合液态金属网络的形成和激活。a）在网络形成和激活不同阶段的示意图和SEM图像；b）聚合液态金属网络弹性体在拉伸前（左）、拉伸时（中间）和后拉伸（右）的照片。![]()
图2.应变下Poly-LMN的机电行为。a）不同拉伸循环下，Poly-LMN的电阻与应变的关系；b）在10000次循环至100％应变下，活化Poly-LMN的电阻与应变的关系；c）不同应变下，Poly-LMN的电阻（蓝色）和体积电导率（红色）的相对变化，以及具有恒定电导率（黑色）的理论电阻相对变化；d）与其他可拉伸导体相比，Poly-LMN的初始电导率和QF值（长度相对于电阻的相对变化）；e）最大应变下的导电率与其他可拉伸导体的比较。图3.Poly-LMN结构与性能之间的相关性。a）活化Poly-LMN在10次拉伸循环200％应变和恢复后的电阻变化；b）拉伸和恢复时，活化Poly-LMN的高度图；c）样品背光拍摄的照片；d）Poly-LMN在有无应变状态下的原型导体几何形状的有限元模型。图4.未活化Poly-LMN的响应性应变记忆。a）未活化Poly-LMN的应变与电阻关系；b）Poly-LMN拉伸至100％应变1000次的电阻；c）b图的Poly-LMN样品拉伸至300％应变两次的应变与电阻关系。
图5.可拉伸电阻加热器。Poly-LMN和Intexar 874（杜邦商品）在恒定电压下，弯曲0％和30％应变的阈值温度图像。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903864---完---
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来源：高分子科学前沿
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