研究背景
随着可穿戴电子产品、软体机器人、人机界面和生物电子设备等领域的迅猛发展，对可拉伸电子设备的需求日益增加。这些设备能够在变形和拉伸过程中保持功能性，具有广泛的应用前景。然而，传统刚性导体在长期应变中的稳定性问题成为制约其应用的关键因素。金属纳米线和导电聚合物等材料虽然能够被整合到弹性基底中，但它们的刚性往往会导致导体性能的不可逆退化，如金属纳米线在外力下的分离和导电聚合物的裂纹。液态金属作为一种新型导体材料，具有优异的变形能力和高导电性，为解决这一问题提供了新的可能性。然而，液态金属在制造过程中常常面临复杂的工艺挑战，如低粘度和高表面张力导致的工艺复杂性，以及氧化层形成等问题，这限制了其在可拉伸电子设备中的应用扩展性和灵活性。
为了克服这些挑战，苏州大学严锋教授团队提出了使用电纺纳米纤维膜（LMNM）结合压力印模技术制造可定制的液态金属电路的新方法。LMNM通过精心选择的液态金属颗粒和电纺聚合物纤维构成，展现出高弹性和良好的湿透性。初始时，纳米纤维内的液态金属颗粒是半嵌入且不导电的，通过三维打印的电路图案模板进行压力印模时，液态金属颗粒的外部部分破裂并渗入纤维网格的间隙，形成导电区域。这种方法有效地利用了纳米纤维内部的液态金属颗粒作为固定锚点，并通过溢出的液态金属与纤维紧密结合，从而增强了液态金属与聚合物之间的界面相容性。相关研究在“Nature Electronics”期刊上发表了题为“Pressure-stamped stretchable electronics using a nanofibre membrane containing semi-embedded liquid metal particles”的最新论文。
通过这一技术创新，研究人员成功地实现了最小线宽为50微米、间距为100微米的灵活电路制造，具有超过30,000次循环稳定性。这些电路不仅可以集成多种电子元件，如LED照明和无线充电功能，还展示了优异的生物相容性和透湿性，使其特别适合用于制造柔性传感器，如心电图和肌电图等生物电信号的收集。目前，苏州大学首次荣登Nature Electronics国际顶级综合性期刊，他们以第一完成单位、第一作者和通讯作者的身份，共同发表了这篇研究性论文！
研究亮点
（1）实验首次展示了利用压力印模技术从液态金属含有的纳米纤维膜（LMNM）制造灵活的定制电路。这项研究首次在LMNM中利用压力印模实现了高分辨率电路的制备，具体的实验设计和材料选择都被详细阐述。 （2）实验通过精心选择液态金属颗粒和电纺聚合物纤维，LMNM表现出了高弹性（最高可达400%）、高导电性和良好的透湿性。压力印模过程中，LM颗粒的外部破裂并渗入纳米纤维网格的间隙，形成了高度稳定的导电区域。这一过程不仅提高了LM与聚合物之间的界面相容性，还使得电路的后期制备和个性化设计变得更加灵活。（3）LMNM制造的电路展示了50微米的最小线宽、100微米的间距和超过30,000次的良好循环稳定性。这些电路不仅可以输出方波信号、照明LED，还能进行无线充电，显示了其在各种电子应用中的多功能性和可扩展性。（4）此外，LMNM的生物相容性和透湿性使其特别适合制造用于生物电信号采集的柔性传感器，如心电图和肌电图。最后，LMNM的材料分离和回收性能表明其在减少电子废物对环境影响方面具有潜在优势。
图文解读
图1：具有半嵌入液态金属颗粒的纳米纤维膜liquid metal-containing nanofibre membrane，LMNM和压印导电路径的制造示意图。图2：热塑性聚氨酯弹性体 thermoplastic polyurethane ，TPU纳米纤维中，液态金属liquid metal，LM颗粒，对压印导电路径的影响。图3：具有液态金属颗粒的纳米纤维膜LMNM的机械和电气性能以及稳定性。图4：基于具有液态金属颗粒的纳米纤维膜LMNM的功能电路和回收过程。图5：基于具有液态金属颗粒的纳米纤维膜LMNM的发光电路和环形无线能量传输电路。
总结展望
本文展示了一种创新的方法，利用液态金属纳米纤维膜（LMNM）制造电极和柔性功能电路。通过将液态金属颗粒半嵌入在电纺聚合物纤维网络中，并结合压力印模技术，实现了在施加压力时液态金属颗粒的外部破裂和填充纤维网格间隙，形成高度导电的网络结构。这一过程中，纤维内的液态金属颗粒充当了固定锚点，而外溢的液态金属则与纳米纤维紧密结合，显著改善了LM与聚合物的界面相容性。LMNM不仅表现出高达400%的弹性和每平方米2,941克的透湿性，还能以高分辨率（最小线宽100微米）和超过30,000次的循环稳定性制备灵活电子设备。通过与各种电子元件的集成，LMNM电路能够实现多种功能，包括方波信号输出、光发射和无线充电，展示了其在医疗健康监测和可穿戴电子设备中的广泛应用潜力。此外，LMNM的生物相容性和可回收性进一步增强了其在环保和可持续发展方面的优势，为未来柔性电子技术的发展提供了有力支持。 Zheng, S., Wang, X., Li, W. et al. Pressure-stamped stretchable electronics using a nanofibre membrane containing semi-embedded liquid metal particles. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01194-0
