DOI: 10.1038/s41563-020-00902-3
可伸縮電子產品廣泛應用于可穿戴電子設備、電子皮膚、軟機器人和生物電子設備等領域。由彈性體薄膜制成的常規可拉伸電子設備缺乏滲透性，這不僅降低了其穿著舒適度，在長期穿戴后往往會引起皮膚炎癥，而且還限制了設備在垂直方向上的設計尺寸。在此，研究者提出了一種可拉伸導體，該導體是通過將液態金屬簡單地涂覆或印刷到靜電紡絲彈性纖維墊上制備而成的。本研究將該可拉伸導體稱為液態金屬纖維墊。懸掛在彈性纖維之間的液態金屬會自組織成橫向網狀和垂直彎曲結構，同時具備高滲透性、可拉伸性、導電性和電穩定性。此外，該液態金屬纖維墊還具有良好的生物相容性，對1800％以上應變的全向拉伸顯示出很好的適應性。最后，研究者演示了使用液態金屬纖維墊作為構建模塊來實現高滲透性、多功能可拉伸電子器件的制備。
圖1.兼具滲透性和超彈性的LMFM。a，LMFM的典型制備工藝示意圖。b-d，電紡SBS墊（b），EGaIn涂覆SBS墊（EGaIn的負載量：0.8mg/cm2）（c）和通過預拉伸激活后的滲透性0.8EGaIn-SBS（d）的數字圖像和掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。e，電紡SBS氈和0.8EGaIn-SBS的應力-應變曲線。f，將0.8GaIn-SBS與商用尼龍布、醫用貼片、PDMS膜和Ecoflex膜的透氣性和透濕性進行比較。g，等離子處理前后0.8EGaIn-SBS的水接觸角測量（左圖）以及上面滴有人造汗液（紅色），水（黃色）和酒精（藍色）的0.8EGaIn-SBS的數字圖像（右圖）。h，0.8EGaIn-SBS的電阻變化與拉伸應變的關系（RS表示拉伸狀態下的電阻，RS0表示零應變狀態下的電阻）。h中的插圖圖像顯示應變為0％和1,000％時的0.8EGaIn-SBS。
圖2.LMFM的超彈性機理。a，示意圖顯示了制備可滲透EGaIn-SBS墊的預拉伸活化過程。b，示意圖，以及顯示拉伸過程中0.8EGaIn-SBS詳細結構的形貌圖和橫截面SEM圖像。
圖3.LMFMs具有穩定且自適應的超彈性。a，在不同應變下，0.8EGaIn-SBS的電阻變化與拉伸循環的關系（R是指在特定拉伸應變下拉伸后的電阻，R0是指拉伸前的電阻）。b，具有不同EGaIn負載量的EGaIn-SBS的品質因數（Q）與拉伸應變之間的函數關系。c，示意圖顯示了在拉伸過程中EGaIn-SBS的自適應性。d，EGaIn-SBS的電阻隨拉伸周期（1800％應變）以及拉伸方向的變化（RS是指拉伸狀態下的電阻，RS0是指釋放狀態下的電阻）。d中插入的SEM圖像顯示了2.0EGaIn-SBS的適應性：扣環重建并重定向以遵循拉伸方向。
圖4.LMFMs的生物相容性。a，在對照樣品、吸收性紗布、SBS墊、2.0EGaIn-SB和20％DMSO培養基中培養的細胞的亮場和熒光圖像。b，不同孵育組中L-929細胞活性的定量。c，孵育1、2和3天后，通過MTT法測定不同孵育組在570nm處的吸收。誤差線（b，c）顯示標準偏差。d，數字圖像顯示志愿者前臂上不同材料的皮膚刺激結果。
圖5.EGaIn-SBS的印刷和封裝。a，在預拉伸活化之前（頂部）和之后（底部）以不同EGaIn圖案模版印刷的SBS氈的數字圖像（比例尺，1cm）。b，顯示超彈性圖案化EGaIn-SBS的數字圖像。c，在釋放狀態（左）以及拉伸和扭轉狀態（右）下，印刷有EGaIn互連結構并安裝LEDs的封裝可拉伸墊的數字圖像。通過在表面上進行SBS微纖維的后靜電紡絲將其包裹起來。c中的插圖顯示了封裝的可拉伸墊的橫截面結構。d，印刷有EGaIn互連結構和水下安裝LEDs的封裝可拉伸墊的數字圖像。在釋放狀態（左）和拉伸狀態（右）下,該墊子在水下均表現良好。e，封裝的可拉伸墊的電阻與洗滌時間的關系。e中的插圖顯示在清洗過程中，墊子可以穩定地點亮LED陣列。
圖6.單片可拉伸電子器件。a，示意圖顯示了通過交替電紡SBS纖維和模版印刷EGaIn電極來制備垂直堆疊的整體式可拉伸墊。b，三層單片可拉伸裝置以及每層中EGaIn電極結構的數字圖像。頂層（靠近皮膚）是ECG傳感器，中間層是汗液傳感器，底層是電加熱器。c，三層單片可拉伸裝置頂層（ECG電極）的ECG信號。d，三層單片可拉伸裝置的中間層（汗液傳感器）在不同應變下響應于不同汗液量的電容（用磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）代表汗液）。e，中間層在不同應變下響應于不同濃度NaCl水溶液（用NaCl水溶液代表人體汗液）的電容。f，三層單片可拉伸裝置的底層（加熱器）在0.07V-0.75V的階梯式電壓下的溫度。g，加熱器的溫度隨拉伸應變的變化而變化（驅動電壓為0.15V）。h，在重復加熱循環操作下的溫度，驅動電壓為0.2V。
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