电子纺织品（e-textiles）凭借其独特的柔性、透气性和舒适性正逐步成为可穿戴电子产品的关键载体。然而，一个核心难题始终困扰着该电子纺织品的设计：日常穿戴和人体运动产生的形变，会不可避免地引起导电纤维电阻变化，从而引起信号失真、能量传输不稳定，制约了电子纺织品的可靠性和功能性。如何避免非目标应变对电子纺织品造成的信号干扰，成为纺织品设计的关键问题。

  近日，新加坡国立大学林艺良教授联合新南威尔士大学唐诗杨教授，东华大学陈仕艳教授研究团队提出了一种应变可编程的液态金属（LM）纤维平台。

  2026年4月7日，相关工作以Strain-Programmable Liquid Metal Fibers for Anti-Interference Electronic Textiles为题发表于《Nature Communications》。文章第一作者为东华大学博士生/新加坡国立大学访问交流学生屈向阳。该工作通过巧妙的材料设计与结构工程，成功实现了纤维应变-电阻响应的可控设计，为构建抗干扰、多功能的新一代电子纺织品提供了全新范式（图1）。

图1 应变可编程LM复合纤维的设计策略、结构特征与应用

LM纤维的应变可编程行为

  传统导电纤维的电阻通常随应变增加而单调上升（正向应变-电阻变化），这使其在动态环境中极易受到干扰。针对这一挑战，研究团队提出了一种全新的应变可编程液态金属纤维（图2）。通过在弹性体中嵌入LM颗粒，并利用同轴湿法纺丝工艺，设计了具有皮芯结构的复合纤维（图2a）。有趣的是，研究人员发现这种LM复合纤维可以通过控制预应变程度，对纤维在拉伸时的电阻变化行为进行可控的编程设计（图2b、c）：

• 负向应变-电阻变化（低预应变编程）：电阻随应变单调降低（图2d）；

• 杂化应变-电阻变化（中预应变编程）：电阻随应变呈现先微弱的减小后增加的不敏感变化（图2e）；

• 正向应变-电阻变化（高预应变编程）：电阻随应变单调增加，与传统导电纤维类似（图2f）。

  这种设计巧妙地将应变转变为可调控的设计参数。基于同一纤维材料平台，可实现传感、供能、通信等多种功能的稳定设计，为下一代抗干扰、高性能可穿戴系统提供了全新思路。

图2 LM纤维的结构表征与应变可编程机电行为

应变驱动的LM颗粒形变与重构

  这种有趣的应变可编程行为源于纤维内部LM颗粒网络的动态演化。研究团队通过系统电阻率分析、扫描电镜（SEM）和原位X射线显微CT（micro CT）三维重建，还原了颗粒随应变增加的动态变化（图3）。0%应变（未拉伸）下：LM颗粒均匀分散在PU基体中，彼此孤立，电流沿曲折的颗粒间路径传导；50%应变下：颗粒被拉长、相互靠近，开始形成更多电接触点，导电通路增加；100%应变下：颗粒开始发生破裂融合，接触电阻降低，导电路径更加连续；超过150%应变后：颗粒大量融合，形成连续的块状导电网络，电阻率持续下降（图3c、d）。

  相应地，纤维电阻的可编程变化可归因于纤维几何和电阻率两种变化机制的博弈（图3e）：

• 在低应变阶段，电阻率降低主导电阻变化趋势，表现为负应变-电阻（拉伸时电阻下降）；

• 在高应变阶段，几何形变引起的电阻增加主导电阻变化趋势，表现为正应变-电阻（拉伸时电阻上升）；

• 在中间阶段，两种效应相互抵消，从而形成了杂化的应变不敏感状态。

图3 应变诱导的LM颗粒重构及其对LM纤维机电行为的影响

LM颗粒应变重构的理论模型

  LM纤维在拉伸时内部颗粒会发生接触与融合，从而影响导电性能。基于此，研究团队进一步将复合材料的LM颗粒的接触和融合行为简化为纤维导电通路的并联与串联效应建立了理论框架，并通过有限元仿真加以验证（图4）：

• 并联效应：LM颗粒接触形成新的导电路径，相当于在电路中增加“并联支路”，整体电阻下降（图4a、b）；

• 串联效应：LM颗粒融合减少接触点，相当于减少“串联电阻”，导电路径更加通畅（图4a、b）。

  其中，LM颗粒的融合的取决于所受的压力与自身的Laplace压力的大小。当LM受到的压力大于Laplace压力（破裂阈值）时，颗粒挤破表面氧化层发生破裂融合（图4f）。而由于LM颗粒大小不一，较小的颗粒需要更大应力才能破裂。因此，随着应变增加，颗粒从大到小依次融合，导电网络逐步优化从而导致电阻率的持续下降。研究团队据此建立了并联-串联混合模型，将这两种机制与纤维的几何形变统一纳入方程，成功预测了纤维在不同应变下的电阻变化，验证了模型的普适性。

图4 LM纤维中应变诱导电阻率演变的模型构筑与实验验证

可编程LM纤维用于电子纺织品的抗干扰设计

  基于这可编程的纤维设计平台，研究团队分别从双向应变交互系统、应变不敏感的纺织品通讯系统以及抗干扰温控纺织品三种极具前景的应用场景，充分验证了其抗应变干扰性能。研究团队分别将两根LM纤维编程为正、负响应状态，用于构建双向应变响应的传感系统（图5）。其中，手指弯曲引起的电阻增加和减小被转变为为二进制信息（增加为“1”，减小为“0”），为直觉化的人机交互提供了新途径。团队用这一系统成功编码传输了“NUS”三个字母，避免了非目标应变信号的干扰，识别精确度远超传统单向传感器

图5 可编程LM纤维的双模应变传感系统用于人机交互

  对于需要稳定工作的功能模块，团队将纤维编程至应变不敏感状态，并制成近场通信（NFC）织物天线（图6）。即使在60%的拉伸形变下，织物天线的电阻波动仍小于±0.4%。实验证明，无论是静态拉伸还是动态形变，该天线均能稳定地为LED灯供电并成功识别NFC标签，其工作电压和频率（~13.56 MHz）几乎不受形变影响。此外，该天线在洗涤、高湿等环境下也展现出优异的稳定性，彰显了其在实际应用中的巨大潜力。

图6 基于应变可编程LM纤维的可拉伸NFC织物天线

总结与展望

  本工作提出了一种应变可编程的LM纤维设计策略，通过将LM颗粒在弹性体中的动态重构行为与纤维的几何变形相耦合，实现了从“负向响应”到“杂化敏感响应”再到“正向响应”的机电行为编程。这一创新不仅从材料层面解决了长期困扰电子纺织品的应变干扰问题，更展示了其在双模态人机交互、稳定无线通信、抗干扰热管理等多个领域的多功能集成潜力。该研究为开发下一代自适应、高可靠性的智能织物提供了坚实的材料基础与设计范式，有望推动电子纺织品在健康医疗、运动监测、智能家居等领域的实际应用。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-71342-x