Nano Res.[器件]│湖南大学潘安练课题组：基于激光诱导石墨烯印章转移印刷液态金属电路制备的高可拉伸柔性光电集成系统

背景介绍

可拉伸电子产品已在可穿戴电子、软机器人和生物电子等各个领域得到广泛应用。可拉伸导体的制造一般需要巧妙的结构设计或者弹性导体材料。镓铟合金液态金属材料由于具有高导电性以及高流动性，被认为是一种理想的柔性电极材料。然而，受其流动性和高表面张力的限制，在实现具有低成本、高精度、大规模和复杂几何形状的液态金属图案方面仍然存在挑战。

成果简介

本研究提出了一种低成本和高精度的制造工艺，通过使用激光诱导石墨烯印章来制造任意的可拉伸液态金属图案。通过调节激光诱导石墨烯的表面形态，来改变其与液态金属之间的润湿性，以其为模板，使液态金属能够选择性地形成不同的几何图形。随后，将液态金属转移到可拉伸的聚合物表面，如SEBS。我们的方法采用增材制造技术，是一种简单、方便并且具有成本效益的制造方法。该方法制造的液态金属电路表现出优异的导电性(3.24×10⁶ S/m)，高可拉伸性(1000%)，显著变形下电阻变化小(1000%应变下质量因子为62.5)，高分辨率(低至50 μm)。利用图形化液态金属电路，展示了一个可拉伸的集成多功能光电系统，包括可拉伸显示矩阵、压力传感器阵列、无线供电线圈和心血管传感器，进一步突出了液态金属在光电用户交互和高级生理监测方面的显著应用潜力。

图文导读

图1 液态金属图案化过程及液态金属图案展示

图2 激光诱导石墨烯形貌、性能表征以及液态金属接触角的测量

图3 液态金属沿路径填充的形貌表征

图4 液态金属电路的性能测试

图5 基于液态金属图案化电路的应用展示

作者简介

向立：湖南大学材料科学与工程学院副教授，湖南大学“岳麓学者”。主要研究方向为微纳电子器件及其系统集成，包括低功耗纳米器件、晶圆级半导体器件工艺开发、电路设计、传感器系统集成等。

潘安练：湖南大学材料科学与工程学院教授，在半导体纳米结构能带工程、纳米光波导及纳米激光研究领域取得了多项国际影响的研究成果，研究工作多次被Science Daily、IOP等国际学术媒体作亮点报导。先后在Nano Lett., JACS 等国际知名期刊上发表论文90多篇，申请美国专利2项。并受邀为Advanced Materials, IEEE JSTQE 等知名刊物撰写综述论文。以第一完成人获2019年度国家自然科学二等奖、湖南省自然科学一等奖（2010年、2017年）、湖南省创新团队奖（2022年）等。

课题组网站：http://nanophotonics.hnu.edu.cn/Members1/Students.htm

文章信息

Sun W, Xiang L, Luo Z, et al. Cost-effective fabrication of liquid metals via a laser induced graphene stamp for highly-stretchable integrated optoelectronics. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6687-1.