液态金属凭借其高导电性，室温下可任意形变及低模量的特点，在可拉伸及可穿戴电子材料领域具备很好的商业应用前景。然而，目前可拉伸的液态金属导体材料面临着两个严峻的挑战。首先，由于比表张力很大 （以镓铟锡共熔液态金属为例，室温下的表面张力为718 mN m^-1），液态金属很难自动在可拉伸的高分子基底表面浸润及铺展，这给液态金属导体的制备带来困难。其次，由于大应变拉伸时导体材料的尺寸变化，导体的电阻不可避免地会有很大的增加 （几十几百倍）。此外，在可穿戴电子的是长期实际应用中，材料的透气性对穿着舒适性也极为重要。基于以上，郑子剑教授团队通过对超浸润液态金属及拉伸导电性增加的聚合物分子框架的设计，在三维多孔的纤维网络修饰可与液态金属反应型浸润的银层，使得液态金属的浸润接触角到0°左右。同时，纤维网络的毛细力使得液态金属可快速灌输到超亲的纤维网络中。这一现象在拉伸过程中更加明显，进而产生更多的导电回路来缓解电阻在大应变下的变化。

图1. 超浸润液态金属及拉伸导电性增加的液态金属导体材料的制备。

  该团队通过液态金属与银层的反应型浸润，制备铟银的金属间化合物，使得液态金属在静电纺丝纤维网络表面的接触角从145°降低到0°左右。同时，由于静电纺丝网络的毛细力，液态金属可进一步灌输到其三维多孔的结构中，可得到高液态金属载量 （64~210 mg cm^-2）低电阻的可拉伸导体材料。在实际应用中，该导体材料还能在拉伸-松弛的过程中形成横向网状和垂直弯曲的褶皱结构，使得该导体具有透气透水性。这项研究工作为高导电性、高导电稳定性、超浸润的液态金属可拉伸导体材料设计提供了一种新的策略。

图2. a)液态金属载量与导电性的关系；b)应力应变曲线；c) 应变下的电阻变化；d) 循环拉伸测试过程中的电阻变化。

  同时，作者发现在拉伸过程中，液态金属不仅不会被挤出，反而会更好地灌输到纤维网络内部。这有利于拉伸过程中液态金属更好地修复内部破裂的硬的银层，进而形成更多液态金属-银的导电网络，使得导电性随应变的增大而提高，表现出电阻在2500%应变下仅仅2.5倍的变化。

图3. a，b）表面及截面的液态金属在松弛（上）及拉伸状态（下）时的分布；c）不同应变下的电导率变化；d, e）与其他可拉伸导体材料的拉伸性、导电性及导电稳定性的比较。

  该团队进一步印刷了透气的可拉伸电子器件，包括可拉伸印刷电路及发热器件等，其透气透水性能与商用的布料比如棉布、蚕丝、涤纶、尼龙等相提并论，体现了较好的穿戴舒适性。

图4. a，b）印刷电路的制备示意图及照片; c）印刷电路的透气透水性的示意图; d, e, f) 印刷器件的透气、透水汽、及透水性；g) 可拉伸印刷电路的展示; h, i, j) 发热器件的应用展示。

  以上相关成果分别发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2021, 2105587), 论文的第一作者为香港理工大学博士生庄秋娜，共同第一作者为华南理工大学马志军副研究员，通讯作者为郑子剑教授，共同通讯作者为香港理工大学黄琪瑶研究助理教授。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105587