【可拉伸电路是关键】可拉伸电子设备在健康监控、电子皮肤和可穿戴设备等领域应用广泛，其关键技术问题之一是可拉伸电路的制造。性能优异的可拉伸电路需要兼具优异的导电性、形变时可忽略的电阻变化、恶劣环境下的电性能稳定性、可印刷复杂电路设计的印刷，与弹性基材的钝化和良好的粘合。尽管导电弹性体在高拉伸性，可印刷和环境稳定性等方面有许多进展，但是可变形电路线的制造仍然存在很多挑战。【极佳候选-液态金属】近年来，液态金属（liquid metal, 液态金属）因其极为优异的拉伸性和金属导电性（34000 S cm–1）引起了研究人员广泛的兴趣。但是，包含液态金属的可打印油墨中，液态金属颗粒周围会形成绝缘的氧化皮，需要进行化学或机械刻蚀，激活材料的高电导。之前的研究主要讲颗粒与其他金属材料进行合金化，但是复合材料的电导率下降很多，且拉伸状态下电导不稳定。近日，韩国浦项科技大学Unyong Jeong，延世大学Aloysius Soon等人合作，报道了在脂肪族聚合物的存在下，通过超声处理引入的氢掺杂能够使液态金属颗粒周围的氧化物皮具有高度的导电性和可拉伸性。印刷出的电路线导电性媲美金属（25000 S cm –1），在高达500％单轴拉伸状态下仍然具有出色的机电去耦性，耐刮擦性以及在大部分温度和湿度下的长期稳定性。印刷线路的自钝化还可直接印刷用作可拉伸感应应变传感器的三维电路线和双层平面线圈。该研究以“Hydrogen-doped viscoplastic liquid metal microparticles for stretchable printed metal lines”发表在最新一期的《Nature Materials》上。据悉这是继2020年11月20日发表《Science》正刊之后的又一力作（联手鲍哲南院士，以最简单的结构，制作出具有温感和触感的电子皮肤）。【超声制备氢掺杂的金属颗粒】通过对包含甲苯、块体液态金属、聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（PEVA）和自由基引发剂（过氧化二异丙苯，DCP）的溶液进行超声处理，可以合成氢掺杂的液态金属颗粒。随后，研究人员通过X射线光电子能谱和原子探针层析证实了氢掺杂的存在，并通过第一性原理计算对得到的氧化皮的电导率进行了合理的解释。图1 氢掺杂的液态金属颗粒【金属电导，五倍拉伸】随后，研究人员研究了单轴拉伸下的MPs的力学行为。在对比实验中，未掺杂的金属颗粒在大的拉伸状态下出现了明显的裂纹（图2a），而经过氢掺杂的金属颗粒则没有裂纹出现（图2b）。图2 拉伸对比电镜图实验结果显示，经过氢掺杂的液态金属纳米颗粒表现出最高可达25,000 S cm-1的金属导电性，在高达500%的单轴拉伸状态下，电阻变化可忽略不计。同时还具备耐刮擦特性，并能够在大范围的温度和湿度环境下长期稳定工作。这些优异性能主要因为对液态金属颗粒的氢掺杂，同时提高了氧化物皮以及吸附的聚合物的延展性。图3 液态金属颗粒印刷电路的力学与电学性能【可调的自钝化作用】最后，通过调整墨水中PEVA的浓度，印刷出的电路具备了自钝化特性。结果显示打印出的邻近线路之间没有任何的电气串扰。且能够在100℃的高温以及40℃、90%的相对湿度下稳定运行分别超过80与30天，验证了自钝化作用对液态金属颗粒印刷电路稳定性的重大提升（未钝化的线路仅能在前4天中保持稳定的电性能）。具有自钝化特性的3D打印电路总结：作者通过对含有液态金属的混合溶液进行超声处理，制备了氢掺杂的液态金属颗粒。采用基于这种颗粒的油墨印刷出的电路具有高达25,000 S cm-1的金属导电性，在高达500%的单轴拉伸状态下，电阻变化可忽略不计。同时还具备耐刮擦特性，并能够在大范围的温度和湿度环境下长期稳定工作。此外，印刷线路的自钝化还可直接印刷用作可拉伸感应应变传感器的三维电路线和双层平面线圈。