《npj Flexible Electronics》：Self-assembled aqueous liquid metal inks for stretchable conductors and circuits
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本文针对液态金属（LM）图案化加工难题，提出了一种基于自组装水相墨水的新型环保制备策略。研究人员通过紫外光调控基底亲疏水性，驱动LM墨水从疏水区向亲水区定向迁移，结合海藻酸钠（SA）稳定剂抑制颗粒沉降，实现了分辨率<100μm、电导率达2.0×106S·m-1的电路图案。该技术无需复杂设备即可构建可拉伸显示器、三维触觉传感器等器件，为柔性电子规模化制造提供新路径。
在智能显示、电子皮肤和软体机器人迅猛发展的今天，传统刚性电路难以满足人体贴合、曲面设备等动态变形需求。液态金属（LM）因其室温流动性、高导电性和生物相容性被视为理想材料，但其高表面张力导致的图案化困难始终是制约应用的瓶颈。现有技术如丝网印刷存在分辨率低、有机溶剂污染等问题，而直写成型又需精密参数控制。如何实现绿色、高效、高精度的LM图案化，成为柔性电子领域亟待突破的关键问题。
针对这一挑战，BOE技术集团的研究团队在《npj Flexible Electronics》发表了一项突破性研究，提出了一种基于自组装水相墨水的新型图案化策略。该技术利用紫外光（UV）调控基底表面亲疏水性，驱动LM墨水在亲水区域自发定向组装，无需复杂设备即可实现微米级精度的电路制备。所得导体在175%应变下电阻变化率（R/R0）仅为2.58，显著优于块体LM的理论值7.56，成功应用于可拉伸显示、三维曲面触控和软磁驱动器等前沿场景。
关键技术方法
研究通过探针超声将镓铟合金（75 wt% Ga-25 wt% In）与海藻酸钠（SA）在水相中分散制备稳定墨水；采用紫外光刻（172 nm, 200 W）对热塑性聚氨酯（TPU）等聚合物基底进行亲疏水图案化处理；通过基底浸润-自组装过程实现电路成型，利用扫描电镜（SEM）、白光干涉仪等表征形貌，通过电阻循环测试评估电机械性能；基于热成型技术（130°C）构建三维触控传感器，结合交变磁场测试软磁驱动器性能。
图案化机制与墨水设计
研究通过Laplace方程（PL=2γ/R·cosθ）定量分析了墨水定向迁移的驱动力。紫外改性使TPU亲水区接触角降至55.9°，而疏水区保持104.1°，接触角差值（cosθ1-cosθ2）产生从疏水区指向亲水区的净力。同时，SA的引入使墨水Zeta电位升至35.5 mV，粘度达0.4 Pa·s（剪切速率1 s-1），通过斯托克斯定律抑制颗粒沉降，保障了图案化过程中LM颗粒的稳定性。
电机械性能表征
SEM-EDS分析显示铟（In）与钠（Na）元素重叠分布，证实SA对LM图案的稳定作用。初始状态下LM颗粒被氧化层隔离而绝缘，在25%应变下氧化壳破裂形成导电通路，电导率激活达2.0×106S·m-1。循环拉伸测试中，电阻变化与应变高度可逆，且在150°C热成型条件下100%应变时R/R0仅1.3，展现卓越的环境适应性。
应用场景验证
研究构建的“M”形LED阵列在100%应变下保持发光功能，5×5矩阵显示器可通过10个控制引脚独立编程。基于模内电子（IME）技术的半球形触控传感器，在热成型后实现触摸控灯功能。软磁驱动器采用双层线圈结构，在5V交流电场下产生±90°弯曲，符合安培力定律（F=ILBsinθ），展现高机电转换效率。
该研究通过界面张力调控与墨水稳定性设计的协同作用，实现了LM电路的高精度自组装图案化。所制备导体兼具高分辨率（100μm线宽）、高电导率和抗疲劳特性，突破了传统银浆电路35%应变极限，为三维曲面电子、可穿戴设备等应用提供了绿色制造方案。这种基底普适性策略可扩展至聚碳酸酯（PC）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等材料，为柔性电子的大规模集成开辟了新途径。
