综述：液态金属杂化材料：实现应变不敏感可拉伸导体的结构工程策略

本综述系统阐述了液态金属（LM）杂化材料在构建应变不敏感可拉伸导体中的前沿进展。文章重点分析了四类结构设计策略（机械致密LM纳米颗粒结构、双相材料结构、复杂几何结构与层状结构），强调了其通过结构工程优化导电稳定性与应变适应性的机制，为软电子（如电子皮肤、健康监测设备）的发展提供了重要理论支撑与技术方向。

　　

液态金属杂化材料：实现应变不敏感可拉伸导体的结构工程策略

引言

近年来，可拉伸电子技术已成为穿戴式设备领域的革命性方向。这类设备能够贴合复杂形状表面，有效解决刚性电子与软性生物系统间的机械失配问题。可拉伸导体作为核心组件，需在变形中保持电导稳定性（即应变不敏感性），以确保个人健康监测、运动传感、软机器人及人机接口等应用的可靠性。传统策略如基于金属的螺旋、蛇形或褶皱结构虽能通过结构演化分散应变，但拉伸性有限；纳米复合材料（如导电填料与聚合物基体）虽提升延展性，却因填料间接触失效而导致电导率下降。液态金属（LM）因其独特的导电性与流体特性成为理想候选材料，通过与聚合物、天然化合物或固体填料杂化形成LM杂化体系，进一步通过结构设计实现应变不敏感特性。

LM杂化材料的分类

LM杂化材料主要分为三类：核壳结构LM杂化材料、LM-聚合物杂化材料及LM-固体填料杂化材料。核壳结构包括LM纳米颗粒（LMNP）为核心与聚合物或金属氧化物为壳层的体系，可抑制LM流动性并增强稳定性；LM-聚合物杂化通过将LM嵌入弹性体网络，兼具高拉伸性与自愈合特性；LM-固体填料杂化则通过引入金属颗粒或碳材料形成协同导电网络，显著提升电导补偿能力。

实现应变不敏感的结构策略

1. 1.

   机械致密LMNP结构：通过压缩或烧结处理使LMNPs形成致密导电网络，应变下颗粒间接触增强而非断裂，从而维持电导稳定性。例如，基于LMNP的薄膜在100%拉伸下电阻变化率低于10%。

2. 2.

   双相材料结构：利用LM的流体相与固体相的协同效应，在应变下通过LM流动填补导电通路间隙。此类结构常见于LM-水凝胶或LM-弹性体体系中，实现动态应力分散与电导恢复。

3. 3.

   复杂几何结构：设计仿生或多级几何形态（如分形、多孔网络），通过结构变形吸收机械能，减少功能材料的有效应变。此类结构可结合光刻或3D打印技术制备，适用于高精度软电路。

4. 4.

   层状结构：将LM导电层与绝缘或功能层交替堆叠，通过层间滑移与界面效应抑制电导变化。例如，LM-聚合物多层结构在弯曲或扭曲下仍保持稳定性能。

挑战与展望

当前LM杂化导体的发展仍面临诸多挑战：其一，需开发更稳定的LM杂化材料制备工艺，避免氧化或相分离；其二，需建立标准化性能评价体系以量化应变不敏感性；其三，需探索生物相容性与环境可持续性的平衡方案。未来研究方向包括开发新型LM合金体系、结合机器学习优化结构设计，以及拓展在生物集成电子（如植入式设备）中的应用。LM杂化导体有望推动软电子技术向高性能、高可靠性方向迈进。