蘇州大學，首篇Nature Electronics！
研究背景
隨着可穿戴電子產品、軟體機器人、人機界面和生物電子設備等領域的迅猛發展，對可拉伸電子設備的需求日益增加。這些設備能夠在變形和拉伸過程中保持功能性，具有廣泛的應用前景。然而，傳統剛性導體在長期應變中的穩定性問題成爲制約其應用的關鍵因素。金屬納米線和導電聚合物等材料雖然能夠被整合到彈性基底中，但它們的剛性往往會導致導體性能的不可逆退化，如金屬納米線在外力下的分離和導電聚合物的裂紋。液態金屬作爲一種新型導體材料，具有優異的變形能力和高導電性，爲解決這一問題提供了新的可能性。然而，液態金屬在製造過程中常常面臨複雜的工藝挑戰，如低粘度和高表面張力導致的工藝複雜性，以及氧化層形成等問題，這限制了其在可拉伸電子設備中的應用擴展性和靈活性。爲了克服這些挑戰，蘇州大學嚴鋒教授團隊提出了使用電紡納米纖維膜（LMNM）結合壓力印模技術製造可定製的液態金屬電路的新方法。LMNM通過精心選擇的液態金屬顆粒和電紡聚合物纖維構成，展現出高彈性和良好的溼透性。初始時，納米纖維內的液態金屬顆粒是半嵌入且不導電的，通過三維打印的電路圖案模板進行壓力印模時，液態金屬顆粒的外部部分破裂並滲入纖維網格的間隙，形成導電區域。這種方法有效地利用了納米纖維內部的液態金屬顆粒作爲固定錨點，並通過溢出的液態金屬與纖維緊密結合，從而增強了液態金屬與聚合物之間的界面相容性。相關研究在“Nature Electronics”期刊上發表了題爲“Pressure-stamped stretchable electronics using a nanofibre membrane containing semi-embedded liquid metal particles”的最新論文。
通過這一技術創新，研究人員成功地實現了最小線寬爲50微米、間距爲100微米的靈活電路製造，具有超過30,000次循環穩定性。這些電路不僅可以集成多種電子元件，如LED照明和無線充電功能，還展示了優異的生物相容性和透溼性，使其特別適合用於製造柔性傳感器，如心電圖和肌電圖等生物電信號的收集。目前，蘇州大學首次榮登Nature Electronics國際頂級綜合性期刊，他們以第一完成單位、第一作者和通訊作者的身份，共同發表了這篇研究性論文！研究亮點
（1）實驗首次展示了利用壓力印模技術從液態金屬含有的納米纖維膜（LMNM）製造靈活的定製電路。這項研究首次在LMNM中利用壓力印模實現了高分辨率電路的製備，具體的實驗設計和材料選擇都被詳細闡述。 （2）實驗通過精心選擇液態金屬顆粒和電紡聚合物纖維，LMNM表現出了高彈性（最高可達400%）、高導電性和良好的透溼性。壓力印模過程中，LM顆粒的外部破裂並滲入納米纖維網格的間隙，形成了高度穩定的導電區域。這一過程不僅提高了LM與聚合物之間的界面相容性，還使得電路的後期製備和個性化設計變得更加靈活。（3）LMNM製造的電路展示了50微米的最小線寬、100微米的間距和超過30,000次的良好循環穩定性。這些電路不僅可以輸出方波信號、照明LED，還能進行無線充電，顯示了其在各種電子應用中的多功能性和可擴展性。（4）此外，LMNM的生物相容性和透溼性使其特別適合製造用於生物電信號採集的柔性傳感器，如心電圖和肌電圖。最後，LMNM的材料分離和回收性能表明其在減少電子廢物對環境影響方面具有潛在優勢。
圖文解讀
圖1：具有半嵌入液態金屬顆粒的納米纖維膜liquid metal-containing nanofibre membrane，LMNM和壓印導電路徑的製造示意圖。圖2：熱塑性聚氨酯彈性體 thermoplastic polyurethane ，TPU納米纖維中，液態金屬liquid metal，LM顆粒，對壓印導電路徑的影響。圖3：具有液態金屬顆粒的納米纖維膜LMNM的機械和電氣性能以及穩定性。圖4：基於具有液態金屬顆粒的納米纖維膜LMNM的功能電路和回收過程。圖5：基於具有液態金屬顆粒的納米纖維膜LMNM的發光電路和環形無線能量傳輸電路。 總結展望
本文展示了一種創新的方法，利用液態金屬納米纖維膜（LMNM）製造電極和柔性功能電路。通過將液態金屬顆粒半嵌入在電紡聚合物纖維網絡中，並結合壓力印模技術，實現了在施加壓力時液態金屬顆粒的外部破裂和填充纖維網格間隙，形成高度導電的網絡結構。這一過程中，纖維內的液態金屬顆粒充當了固定錨點，而外溢的液態金屬則與納米纖維緊密結合，顯著改善了LM與聚合物的界面相容性。LMNM不僅表現出高達400%的彈性和每平方米2,941克的透溼性，還能以高分辨率（最小線寬100微米）和超過30,000次的循環穩定性製備靈活電子設備。通過與各種電子元件的集成，LMNM電路能夠實現多種功能，包括方波信號輸出、光發射和無線充電，展示了其在醫療健康監測和可穿戴電子設備中的廣泛應用潛力。此外，LMNM的生物相容性和可回收性進一步增強了其在環保和可持續發展方面的優勢，爲未來柔性電子技術的發展提供了有力支持。 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 納米人學術QQ交流羣
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