近日，國家納米科學中心蔣興宇研究員小組結合微流控和液態(tài)金屬開發(fā)了一種可大規(guī)模制造柔性電子器件的方法，通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、微流道等方法能在各種基底材料上得到高導電、高彈性、高生物相容性的電路。該項研究將有望廣泛用于可穿戴設備、可植入器件以及柔性機器人等新領域的開發(fā)。相關研究成果“Printable Metal-Polymer Conductors for Highly Stretchable Bio-Devices”被iScience雜志于2018年6月14日在線發(fā)表。

液態(tài)金屬如鎵的合金在常溫下不僅自身具有流動性，電流也能在其中流動，是作為可拉伸器件和電路的理想材料。但是液態(tài)金屬具有巨大的表面能（難以鋪展），且其表面會自發(fā)形成的絕緣氧化膜，這就使得液態(tài)金屬在各種基底上的印刷一直是一個難題。為了克服液態(tài)金屬的表面能，并高效地破碎了液態(tài)金屬顆粒表面的氧化膜，蔣興宇課題組使用液態(tài)金屬顆粒印刷-高分子澆注-高分子剝離的方法，得到了高導電，高彈性的液態(tài)金屬-高分子復合物。在該復合物表面，液態(tài)金屬的“島”分布在高分子的“海洋”中，液態(tài)金屬的“島”實現(xiàn)了與外部器件的連接；而在復合物內部，則是四通八達的液態(tài)金屬“河流”, 該河流保證了復合物的高導電性和高彈性。整個制備工藝可在室溫下進行，可避免高溫對高分子基底的破壞。

蔣興宇課題組將該復合物印刷在彈性的硅膠基底上制成高彈性的電路，該電路在極端的應變條件下（>500%）也不會失效。他們也將復合物印刷在乳膠手套上制成鍵盤手套，該手套不僅能監(jiān)控手部動作，而且能實現(xiàn)字符的輸入。蔣興宇課題組進一步將該復合物制成電轉染的生物電極，實現(xiàn)了活細胞基因的高效轉染。該項研究將有望大大增加電路的彈性，降低柔性可拉伸電路的制造成本，還將促進可穿戴設備、可植入器件以及柔性機器人等新領域的開發(fā)和應用。

該項研究得到了國家自然科學基金委、中華人民共和國科學技術部等項目的支持。