激光可图案化与可拉伸金属电极：基于金属-胺配位复合物的创新设计与应用

这篇综述创新性地提出了一种基于金属-胺配位复合物（MACE）的可拉伸电极技术，通过金（Au）与胺基聚合物（PEIE）的固态配位键结合，实现了高达70%的拉伸性和10 000次循环耐久性。该技术突破传统电极的机械限制，支持干法激光直接图案化（p-MACE），并展示了在可逆软体驱动器（SMP）和有机-硅杂化光伏中的潜在应用，为柔性电子（soft electronics）和生物电子（bioelectronics）领域提供了兼具高导电性与机械韧性的解决方案。

　　

引言

自然界中贻贝通过金属离子与足丝蛋白的配位键（coordination bonding）在恶劣海洋环境中保持强韧性与延展性，这一现象启发了新型可拉伸电极的设计。传统电极材料难以兼顾导电性与机械性能，而金属-胺配位复合物电极（MACE）通过金（Au）与氧化聚乙烯亚胺（Ox-PEIE）的固态配位键，实现了突破性进展。

MACE的制备与结构特性

MACE采用反向剥离工艺：先在硅烷化（DTS）处理的基底上沉积30 nm金膜，旋涂PEIE溶液形成配位界面，再通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板剥离获得。X射线光电子能谱（XPS）证实，Ox-PEIE通过消除残余水分子，显著增强胺基（-NH₂）与金_d轨道的配位作用，使Au 4f结合能降低1 eV，界面稳定性提升。扫描电镜（SEM）显示，无PEIE的对照组金膜因弱界面结合而碎裂，而MACE呈现连续微褶皱结构，导电原子力显微镜（AFM）证实其均一导电性（表面粗糙度≈108 nm）。

机械与电学性能

MACE在30 nm金膜厚度下表现最优：水平拉伸（x轴）达70%应变，垂直方向（y轴）为10%，归因于剥离痕迹（trace marks）诱导的应力定向分布。微裂纹在拉伸时垂直于应力方向扩展，但PDMS的高泊松比（0.49）维持纵向导电通路，使电阻（R_e）在50%应变下仅增加200倍。耐久性测试显示，40%应变下10 000次循环后电阻变化<10 Ω。

激光图案化技术

纳秒激光直接处理金膜形成亲水性氧化区域，通过PEIE的选择性锚定实现干法图案化（分辨率≈2 μm）。调整填充因子（FF）可调控力学性能：当金面积从100%降至43.5%，x轴拉伸性从65%降至28%，而y轴拉伸性从7%提升至17%。这种双向可调特性为定制化器件设计提供了可能。

环境稳定性与应用

MACE在空气中储存6个月后电阻保持4.02±0.15 Ω，水中浸泡14天仅增加11.1 Ω（初始值10.4 Ω）。疏水表面（接触角>90°）源于PDMS的掩蔽效应。创新应用中，MACE与形状记忆聚合物（SMP）集成的软体驱动器通过焦耳热（2 V, 100 mA）实现可逆弯曲（45 °C触发），而网格电极（grid electrode）通过配位键层压技术提升了有机-硅光伏的载流子收集效率。

结论

MACE通过金属-胺配位键的固态工程，突破了柔性电子材料的机械-电学平衡难题。其激光图案化与双向可拉伸特性为生物传感器、可穿戴设备等领域提供了新范式，未来可通过优化聚合物界面进一步拓展应用边界。