液态金属的应用

镓和基于镓的液态金属合金具有许多有趣的特性，这使得它们在可伸缩电子器件和其他应用中都很有趣。[1]镓具有低粘度，高电性(3.4 104 S cm ^-1)和高热导率，和在室温下忽略的蒸汽压。[2]液态金属的特性给电子器件领域带来了挑战和机会。

Wang[3]等展示了一种高拉伸性（680％应变）的液态金属聚合物，具有在绝缘体和导体之间进行温度控制的可逆电过渡的能力。液态金属被绝缘的硅树脂外壳包围，并且不导电。在低温条件下（T= 212 K），液态金属滴凝固并体积膨胀，而绝缘聚合物收缩并变硬，导致液态金属（导电）的连接。加热时它将恢复到初始状态。液态金属液滴的相变和聚合物的刚度变化都直接有助于绝缘体和导体之间的过渡。TIC具有高可拉伸性，简单的制造方法，快速的触发时间，大的开关比，良好的可重复性，为可伸缩的开关，半导体，温度传感器和电阻式随机存取存储器等众多应用提供了巨大的可能性。该研究提出了基于液态金属和相关聚合物来制造和刺激可拉伸过渡绝缘体和导体的一般策略。

Hao[4]等报道了液态金属（LMs）在亲水性聚合物网络中作为液态填料的便利用途，以实现超拉伸水凝胶作为不对称力传感器。液态金属的存在赋予水凝胶以使其既适合于方便的合成方法又适合独特的传感应用的特性。液态金属出乎意料地充当“反应性”填料，促进过硫酸盐自由基引发剂自动凝胶化。LM-水凝胶是通过非常快速的原位制备的由于单体和液态金属的催化作用和特殊的表面相互作用，凝胶化（20秒）。此外，LM填料的液体性质显着增强了水凝胶基质的韧性，提供了出色的延展性（拉伸应变：约1500％）。此外，与原始水凝胶相比，LM水凝胶的压缩敏感性（0.25 kPa -1）增加了20倍，并且具有显着的电稳定性（1000次循环）和快速的电阻响应（180毫秒）。与传统的微图案LM传感器不同，LM水凝胶具有出色的能力，能够识别由于液态金属的流体性质而引起的不对称变形而导致的表面上的一系列细微运动（例如笔迹和个人签名）。

Chen[5]等在具有绝缘和导电特性的材料中实现了大面积三维纳米结构的可拉伸性。该方法通过使用完整的三维（3D）纳米结构形式的穿孔，从而可以显着提高可拉伸性和设计选择范围，并且该过程可以轻松缩放至大面积（〜625 mm ²）。与相同材料制成的固体膜相比，弹性体聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的此类3D网状纳米结构显着提高了可拉伸性（约62％），这是由于在拉伸结构时弹性桥接元件的3D旋转。同时，断裂应变增加了约200％以上。这些增强机制通过理论建模进行了定量鉴定，并通过有限元分析（FEA）进行了验证，两者均与实验结果吻合良好。为了证明这种策略的实用价值，通过将液相低共熔镓铟（EGaIn）合金填充到结构化PDMS中互连的3D多孔通道中来构建可拉伸的导体。该复合材料可实现约24,100 S cm的极高电导率-1在220％应变下，在许多次拉伸释放循环中均未出现严重劣化。

参考文献

[1] M. D. Dickey, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 18369.

[2] Dickey M D. Advanced Materials, 2017, 29(27): 1606425.

[3] Wang H, Yao Y, He Z, et al. Advanced Materials, 2019, 31(23): 1901337.

[4] Peng H, Xin Y, Xu J, et al. Materials Horizons, 2019, 6(3): 618-625.

[5] Park J, Wang S, Li M, et al. Nature communications, 2012, 3(1): 1-8.