目前，柔性电子设备的弯曲、折叠性能正朝着更耐久、曲率更小的方向发展，其中柔性电路不可避免地处于动态形变的工作环境中。传统刚性导电材料（例如Cu，Ag，ITO）往往易发生断裂导致材料电性能下降。近年来，研究人员采用兼具“流动性”与“高导电”的镓基液态金属颗粒（LMPs）制备柔性电路来替代刚性导电材料。然而已有关于LMPs的研究仍存在以下挑战：（1）LMPs表面存在三氧化二镓（Ga₂O₃）半导体层，制备的电路需要通过外加烧结来形成导电通路；（2）烧结的电路周围存在未活化LMPs，让电路存在短路的风险。因此，克服镓基液态金属颗粒表面电惰性，制备可实时自修复的柔性电路，对保证柔性电子设备在动态下稳定和长期使用有着重要的意义。

  针对上述问题，华南理工大学刘岚教授课题组通过原位化学镀方法，将纳米银包覆在LMPs的表面，成功制备了无需外加烧结就具有优异初始电导率的“核-壳”导电颗粒（Ag@LMPs）。这种颗粒在弯折或机械破坏时，因外层银壳的破裂而释放低模量的液态金属，保持导电通路实时连接。正因以上优势，通过丝网印刷制得的电路具有出色的稳定性和耐用性（在0.5mm的弯曲半径下进行10000次弯曲后，R/R₀<1.65）。

图1 （a）Ag@LMPs的制备流程；（b）Ag@LMPs的形貌和粒径分布；（c）透射电镜与EDS元素分布图

  这项工作通过在液态金属表面进行原位化学镀纳米银（图1a），成功将银包覆在液态金属表面，得到了核-壳结构的Ag@LMPs。其粒径约分布在1.5 μm左右（图1b）。透射电镜（TEM）与EDS元素分析也进一步证明核-壳的组分（图1c）。

图2 （a）银含量对Ag@LMPs的紫外-可见光结果的影响；（b）银含量对Ag@LMPs的银壳厚度与初始导电性能的影响；（c）粒子具有耐酸碱能力；（d）银含量对Ag@LMPs形貌的影响

  外壳纳米银层的厚度是影响核-壳粒子结构与性能的重要因素。图2研究了银含量对Ag@LMPs的壳厚度与初始导电性的影响。结果表明，随着银含量增加，纳米银壳厚度逐渐增加，相应的初始电导率也提升。随后将Ag@LMPs通过丝网印刷制备了柔性可折叠电路A-circuit（图3a-b），表现出优异的稳定性和耐用性（如图4b-e）。由于液态金属在受力时会溢出，可实现柔性电路的实时自修复。（如图4f-j）

图3 Ag@LMPs电路的制备与图案化

图4 （b-e）A-circuit在折叠时的电性能稳定性;（f）A-circuit的实时自修复性能；（g-j）液态金属受力溢出的EDS元素分布

  在应用方面，Ag@LMPs制备的柔性电路能够用在NFC标签，柔性排线、可直写电路等方面，表现出稳定的电性能；因此，在柔性电子设备展现出很好的应用潜力。

图5 Ag@LMPs的应用（a-c）柔性NFC；（d-f）柔性排线；（g-i）可直写电路

  相关成果以“A Novel Conductive Core–Shell Particle Based on Liquid Metal for Fabricating Real‐Time Self‐Repairing Flexible Circuits”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上，第一作者为华南理工大学硕士生郑荣敏，通讯作者为刘岚教授。该研究获得广州市科技计划项目重点项目（项目号：201904020034）的资助。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910524