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  目前，柔性電子設(shè)備的彎曲、折疊性能正朝著更耐久、曲率更小的方向發(fā)展，其中柔性電路不可避免地處于動(dòng)態(tài)形變的工作環(huán)境中。傳統(tǒng)剛性導(dǎo)電材料（例如Cu，Ag，ITO）往往易發(fā)生斷裂導(dǎo)致材料電性能下降。近年來(lái)，研究人員采用兼具“流動(dòng)性”與“高導(dǎo)電”的鎵基液態(tài)金屬顆粒（LMPs）制備柔性電路來(lái)替代剛性導(dǎo)電材料。然而已有關(guān)于LMPs的研究仍存在以下挑戰(zhàn)：（1）LMPs表面存在三氧化二鎵（Ga₂O₃）半導(dǎo)體層，制備的電路需要通過(guò)外加燒結(jié)來(lái)形成導(dǎo)電通路；（2）燒結(jié)的電路周?chē)嬖谖椿罨疞MPs，讓電路存在短路的風(fēng)險(xiǎn)。因此，克服鎵基液態(tài)金屬顆粒表面電惰性，制備可實(shí)時(shí)自修復(fù)的柔性電路，對(duì)保證柔性電子設(shè)備在動(dòng)態(tài)下穩(wěn)定和長(zhǎng)期使用有著重要的意義。

  針對(duì)上述問(wèn)題，華南理工大學(xué)劉嵐教授課題組通過(guò)原位化學(xué)鍍方法，將納米銀包覆在LMPs的表面，成功制備了無(wú)需外加燒結(jié)就具有優(yōu)異初始電導(dǎo)率的“核-殼”導(dǎo)電顆粒（Ag@LMPs）。這種顆粒在彎折或機(jī)械破壞時(shí)，因外層銀殼的破裂而釋放低模量的液態(tài)金屬，保持導(dǎo)電通路實(shí)時(shí)連接。正因以上優(yōu)勢(shì)，通過(guò)絲網(wǎng)印刷制得的電路具有出色的穩(wěn)定性和耐用性（在0.5mm的彎曲半徑下進(jìn)行10000次彎曲后，R/R₀<1.65）。

圖1 （a）Ag@LMPs的制備流程；（b）Ag@LMPs的形貌和粒徑分布；（c）透射電鏡與EDS元素分布圖

  這項(xiàng)工作通過(guò)在液態(tài)金屬表面進(jìn)行原位化學(xué)鍍納米銀（圖1a），成功將銀包覆在液態(tài)金屬表面，得到了核-殼結(jié)構(gòu)的Ag@LMPs。其粒徑約分布在1.5 μm左右（圖1b）。透射電鏡（TEM）與EDS元素分析也進(jìn)一步證明核-殼的組分（圖1c）。

圖2 （a）銀含量對(duì)Ag@LMPs的紫外-可見(jiàn)光結(jié)果的影響；（b）銀含量對(duì)Ag@LMPs的銀殼厚度與初始導(dǎo)電性能的影響；（c）粒子具有耐酸堿能力；（d）銀含量對(duì)Ag@LMPs形貌的影響

  外殼納米銀層的厚度是影響核-殼粒子結(jié)構(gòu)與性能的重要因素。圖2研究了銀含量對(duì)Ag@LMPs的殼厚度與初始導(dǎo)電性的影響。結(jié)果表明，隨著銀含量增加，納米銀殼厚度逐漸增加，相應(yīng)的初始電導(dǎo)率也提升。隨后將Ag@LMPs通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備了柔性可折疊電路A-circuit（圖3a-b），表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐用性（如圖4b-e）。由于液態(tài)金屬在受力時(shí)會(huì)溢出，可實(shí)現(xiàn)柔性電路的實(shí)時(shí)自修復(fù)。（如圖4f-j）

圖3 Ag@LMPs電路的制備與圖案化

圖4 （b-e）A-circuit在折疊時(shí)的電性能穩(wěn)定性;（f）A-circuit的實(shí)時(shí)自修復(fù)性能；（g-j）液態(tài)金屬受力溢出的EDS元素分布

  在應(yīng)用方面，Ag@LMPs制備的柔性電路能夠用在NFC標(biāo)簽，柔性排線(xiàn)、可直寫(xiě)電路等方面，表現(xiàn)出穩(wěn)定的電性能；因此，在柔性電子設(shè)備展現(xiàn)出很好的應(yīng)用潛力。

圖5 Ag@LMPs的應(yīng)用（a-c）柔性NFC；（d-f）柔性排線(xiàn)；（g-i）可直寫(xiě)電路

  相關(guān)成果以“A Novel Conductive Core–Shell Particle Based on Liquid Metal for Fabricating Real‐Time Self‐Repairing Flexible Circuits”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上，第一作者為華南理工大學(xué)碩士生鄭榮敏，通訊作者為劉嵐教授。該研究獲得廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：201904020034）的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910524