和传统的二维电子器件相比，三维柔性电子器件能够实现多维功能和多组件的集成，在软体机器人和可穿戴传感器领域中具有广泛的应用前景。液态金属（Liquid Metal, LM）兼具独特的金属性质和流体特性，是制造柔性电子器件的理想材料。然而，液态金属的粘度低，表面张力高，一般只适用于二维图案的制备，阻碍了其在三维柔性设备上的应用。为了制备复杂的三维柔性器件，迫切需要开发新的液态金属三维图案法。

  近期研究表明，在毛细力的作用下，液体可被限制在晶格结构的特定区域内，因此可以控制晶格结构的大小实现液体流动路径的编程。受此启发，新加坡南洋理工大学周琨教授和东南大学刘小将研究员研究团队提出了一种毛细力辅助液态金属三维图案法，并将其应用于制造三维柔性导电材料。该团队使用高精度数字光处理（DLP）3D打印技术制备了柔性晶格结构；在毛细力驱动下，液态金属颗粒/溶剂分散液能够沿编程的路径流动，最后在特定的晶格柱表面沉积并连接成膜。该工作以“Capillarity-Assisted 3D Patterning of Liquid Metal”为题，发表在Advanced Functional Materials期刊上。

图1. 通过毛细力辅助实现液态金属在多级结构中的三维图案化

  由于液态金属的氧化生成的氧化层会阻碍液滴流动，因此，需要对液态金属的流变性进行调整。实验表明，液态金属颗粒/乙醇分散液在柔性树脂表面的接触角接近0°，可自发流入晶格结构并润湿微柱表面，从而实现精确三维图案化。不同尺寸的晶格结构对液体高度限制影响揭示了该方法的可调控性。

图2. DLP打印柔性晶格结构中的液体流动行为

  通过浸没或注射工艺可实现特定路径的精确图案化，其中液态金属提供导电性，晶格结构则赋予了柔性和结构稳定性。采用该方法可以简便地制备功能性结构，包括三维电路、电磁屏蔽材料、以及可穿戴传感器。因此，该团队提出的液态金属三维图案技术在柔性电子高度集成和可定制中展现了巨大潜力。

图3. 免组装可穿戴传感器的制造与测试

  团队介绍：该工作第一作者是新加坡南洋理工大学博士生高铭，通讯作者是南洋理工大学周琨教授和东南大学刘小将研究员，文章合著者包括南洋理工大学博士生范静波、高婧雯，东南大学硕士生周煜宁。其中周琨教授课题组依托于惠普-南洋理工大学数字制造联合实验室和新加坡3D打印中心，研究内容聚焦于1）粉床熔融、挤出成型、光固化、定向能量沉积等增材制造技术、2）先进聚合物及金属材料研发、3）先进结构设计和多尺度模拟仿真。刘小将研究员课题组工作聚焦于1）高精度3D打印技术、2）微流体芯片、3）人体器官芯片、4）光子晶体检测技术。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202415819