反应性润湿驱动的纳米银颗粒在镓基液态金属中的瞬时内化机制及复合制备应用

本研究针对液态金属(LM)与固体颗粒界面结合难题，通过反应性润ting诱导纳米Ag颗粒在Ga基LM中的瞬时内化现象，系统比较了Ag与Fe/Ni/Cu的差异，揭示了HCl中AgCl相形成促进快速润湿、NaOH中电化学反应主导慢速润湿的机制，为LM-Ag复合材料制备提供了理论依据和技术路径。

　　

液态金属（Liquid Metal, LM）作为柔性电子和软体机器人的核心材料，其与固体金属颗粒的复合性能直接决定器件性能。然而，LM表面自限性氧化层（Ga₂O₃/Ga₂O）和高表面张力导致固体颗粒易团聚，传统机械搅拌法效率低下，尤其纳米铜(Cu)悬浮需数小时。更棘手的是，不同金属（如银(Ag)、铁(Fe)）与LM的相互作用机制差异巨大，缺乏统一理论解释。

针对这一难题，中国科学院研究人员在《Surfaces and Interfaces》发表论文，首次发现纳米Ag颗粒在镓铟共晶合金(EGaIn)中可实现"秒级"自发内化，较传统金属快三个数量级。通过对比HCl/NaOH/NaCl溶液中LM对Ag/Cu基板的润湿动力学，揭示AgCl相形成是HCl中瞬时润湿的关键，而NaOH中电化学反应则导致缓慢润湿。这一发现不仅阐明金属化学稳定性（Ag>Cu）与润湿速度的正相关性，更建立纳米颗粒与块体基板的润湿机制统一理论。

关键技术包括：1）真空熔融法制备EGaIn（75.5 wt.% Ga/24.5 wt.% In）；2）纳米颗粒悬浮过程高速摄像记录；3）接触角测量仪定量分析润湿动力学；4）X射线衍射表征界面反应产物。

主要结果

1. 定性表征：垂直观测显示，纳米Ag在HCl中30秒内被LM完全"吞噬"，而纳米Cu需机械搅拌数小时，Fe/Ni表现中间特性。
2. 润湿机制：HCl中Ag表面转化为AgCl（接触角10°→5°），破坏氧化层并降低界面能；NaOH中电化学反应导致阶梯式润湿（接触角90°→60°）；NaCl中因无化学反应保持不润湿（接触角>150°）。
3. 形态普适性：纳米颗粒、薄膜、块体Ag均表现相似润湿行为，证实反应机制与形态无关。

结论与意义
该研究突破性发现AgCl相介导的"界面自清洁"效应，为LM复合材料制备提供新范式：1）指导选择高反应活性金属（如Ag）实现高效复合；2）揭示溶液环境对润湿动力学的调控规律；3）开发的瞬时内化技术可大幅提升柔性电子器件制造效率。Zerong Xing和Zhenze Yang等通过多尺度实验验证，将传统认知中"惰性"的Ag转化为LM复合的优选材料，为智能材料设计开辟新思路。