甬江实验室：超拉伸液态金属电路的高精度激光转移印刷策略

What is it about?

在柔性可拉伸电子领域，液态金属（LM）因其优异的导电性、低熔点及固有的流体特性而备受关注。然而，其高表面能和易氧化特性导致在柔性基底上的精确图案化和稳定集成面临挑战。传统激光烧结方法虽能实现局部导电通路，但常伴随未烧结颗粒残留、化学处理损伤基底等问题，限制了其在透明或高精度柔性器件中的应用。如何实现高分辨率、无损伤、可扩展的液态金属图案化工艺，仍是当前研究的关键难题。 甬江实验室联合浙江大学、宁波大学等机构的研究团队在《Advanced Electronic Materials》上发表了一项题为《Laser‐Driven Transfer Printing of Hyper‐Stretchable Liquid Metal Electronics》的研究，入选Advanced Electronic Materials Editors' Choice亮点文章。该团队提出了一种名为“激光剥离与融合”（LLOF）的新型激光转移印刷技术，通过两步激光策略（高能量转移 + 低能量融合）与受限空间设计，成功实现了液态金属纳米颗粒（LM NPs）在柔性基底上的高精度、无损伤图案化。该方法具备高达 262±10 μm 的线宽分辨率，制备的液态金属电路展现出极高的导电性（3.16 × 10⁵ S·m⁻¹）、超拉伸性（最高达1450%应变）和优异的疲劳稳定性（6000次循环下电阻变化＜10%），为高性能可穿戴电子、电子皮肤和软体机器人提供了可靠的制造平台。

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Photo by Jonathan Castañeda on Unsplash

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Why is it important?

研究团队采用“夹层式”层间受限设计，将液态金属纳米颗粒（LM NPs）夹在蓝宝石与柔性基底之间，利用高能量激光（40–80 J·cm⁻²）脉冲诱导LM NPs瞬间气化，产生蒸汽压力将其推向接收基底；随后采用低能量激光（4–8 J·cm⁻²）沿原路径扫描，实现LM NPs的原位烧结与导电通路形成。 通过系统调控激光能量、扫描间距、重复频率等参数，研究团队确定了实现高质量转移的工艺窗口。最优条件下，LLOF技术可实现60 mm²/s的图案转移速率，并成功在PDMS、TPU、织物等多种柔性基底上制备出高精度电路与天线结构。 基于LLOF技术制备的液态金属电路在多种柔性基底上均表现出优异性能： 1. 在TPU基底上实现680%的拉伸应变； 2. 结合剪纸结构（kirigami）后，应变能力进一步提升至1450%； 3. 在30%应变下循环6000次，电阻变化＜10%； 4. 成功制备出可拉伸LED阵列、天线、3D金字塔结构等功能器件

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