综述：基于液态金属的柔性三维集成电路（3D ICs）

这篇综述系统阐述了液态金属(LM)在柔性三维集成电路(3D ICs)中的创新应用，重点探讨了3D打印技术（如直接书写、辅助打印和4D打印）在实现高分辨率、可拉伸电路构建中的突破，以及通过润湿性调控、相变规律和磁混合等非传统方法克服LM高表面张力、自发氧化的挑战。文章强调了LM在医疗监测、智能纺织品和人机交互等领域的转化潜力，同时指出规模化生产、封装稳定性和工艺标准化等亟待解决的瓶颈问题。

　　

2. 3D打印技术在液态金属基3D ICs中的应用
3D打印凭借操作简便和成本优势，成为构建液态金属(LM)三维结构的核心方法。不同于传统工艺需要高温环境，LM打印可在室温下实现与温度敏感材料（如聚合物、水凝胶）的兼容。其中，直接书写技术通过动态破坏/重构氧化镓层实现导电通路，但需精确控制喷嘴压力（～60 kPa）与移动速度（z轴250 μm/10秒）。例如，通过调整喷嘴内径（12 μm）与垂直提升速度，可制备用于心脏类器官电生理记录的多模态3D电极。

2.1.1 外力调控
剪切应力与拉伸应力的协同作用可破碎氧化层，但非平面打印需优化间隙高度（如22 μm线宽需激光测距反馈）。创新性的同轴打印将硅胶外层与LM内核同步挤出，形成螺旋形柔性传感器；而混合打印技术则整合刚性基底与3D互连电路，实现应变屏蔽的可穿戴电子器件。

2.1.2 LM墨水改性
碳纳米管(CNT)/LM复合墨水（5 μm直径）通过羧基修饰提升机械强度，镍颗粒掺杂则调控流变特性（弹性模量提高3倍），实现多层拱形LED电路。针对润湿性问题，石英粉（1:8混合比）或海藻酸钠微凝胶核壳结构可增强基底附着力，使电路在弹性氨纶上保持稳定。

2.2 辅助打印
冷冻打印利用氧化镓层维持圆柱形态（-20°C），熔融后与弹性体交联形成自由曲面导电网络；水凝胶辅助打印通过局部流化（Carbopol基质）支撑150 μm直径LM细丝，构建心脏形3D互连结构；液相打印则借助高导热冷却液（水/乙醇）实现快速成型，简化制造流程。

2.3 4D打印
铜-镓铟(CuGaIn)悬浮液经高温干燥产生应力驱动自组装，可打印导电蜘蛛机器人；而近红外响应型可逆材料（RLMNP）在808 nm激光下实现99%形变恢复，用于花瓣状软体抓取器。

3. 非传统系统技术
3.1 润湿性调控
激光打印品红 toner 图案引导LM选择性粘附，在球形Ecoflex表面构建可拉伸蜂窝电路；金模板辅助的碱性溶液沉积可实现50 μm分辨率互连。差分毛细管自组装模拟树木输运，形成<5 μm通孔结构，用于触觉传感器多层集成。

3.2 相变规律
Ga-10In合金（熔点15°C）通过低温塑形-高温熔融策略，可制备螺旋指戴设备或多层柔性电路板，规避微通道填充复杂性。

3.3 磁混合技术
镍颗粒掺杂LM在0.2 T磁场下形成磁流体，可沿鸡蛋壳或中空纤维管布线；铁颗粒包覆的磁性液滴(MLMD)在盐酸中产生电控形变，实现六通道3D电路开关的精准调控。

4. 挑战与前景
当前1.9 μm极限分辨率与批量生产均一性尚未平衡，而通孔互连可靠性（如hLM焊料垂直导通）和复杂封装仍是瓶颈。未来在植入式医疗（生物可降解电极）、智能服装（多尺度应变传感）和软体机器人（模块化驱动）等领域的应用，需协同材料改性与装备革新。