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  液態(tài)金屬彈性體（LME）是一種具有電、介電和熱性能的柔性材料，在柔性傳感器、智能座艙、軟體機器人、可穿戴設(shè)備和人機界面等多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。LME存在兩個亟需解決的關(guān)鍵問題：1）液態(tài)金屬（LM）顆粒在彈性體固化之前沉降，降低了柔性電子器件的介電與導(dǎo)熱性能；2）液態(tài)金屬顆粒需要外力產(chǎn)生導(dǎo)電通路，降低了柔性電子器件的穩(wěn)定性。

圖1. 仿石榴果實的LMEP制備圖及其性能表征

（a）石榴果實光學照；（b）石榴果實結(jié)構(gòu)圖；（c）LME和LMEP制備流程圖；（d）Φ_PPs=20%時，不同液態(tài)金屬體積分數(shù)下LMEP的電阻值；（e）LMEs和LMEPs的介電常數(shù)曲線圖；（f）Φ_PPs=30%時，不同液態(tài)金屬體積分數(shù)下LMEP的熱導(dǎo)率 

  近期，太原理工大學機械與運載工程學院張東光團隊仿石榴果實結(jié)構(gòu)（圖1a、b），將聚二甲基硅氧烷顆粒（PPs）引入到液態(tài)金屬彈性體（LME）中，研制出一種無沉降、低成本、低密度的液態(tài)金屬彈性體（LMEP）（圖1c）。PPs與LM在LMEP內(nèi)部產(chǎn)生阻塞效應(yīng)，避免了LM顆粒的沉降。同時，阻塞效應(yīng)會在LMEP鑄造過程打破LM顆粒之間的絕緣層，形成不需要“機械燒結(jié)”的LMEP導(dǎo)體。通過改變LM、PDMS和PPs的體積分數(shù)，研究了不同配比LMEP的力電熱學特性（圖1d-f，圖2b、c、e、f）。基于此制備了柔性電容式（圖2a）、電阻式力學傳感器（圖2d）、柔性熱導(dǎo)體和柔性電路(圖3)。

圖2. 基于LMEP的傳感器

（a）LMEP電容式傳感器示意圖；（b）應(yīng)變-電容變化率圖像；（c）LMEP(Φ_LM=Φ_PPs=30%)在不同測速下的電容變化率圖像；（d）LMEP電阻式傳感器示意圖；（e）LMEP拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線；（f）不同應(yīng)變下的電阻變化率圖像

圖3. 不同襯底上的LMEP柔性電路

（a）PDMS襯底；（b）Ecoflex襯底；（c）特氟龍板和特氟龍膠帶

  該工作以“Segregated and Non-settling Liquid Metal Elastomer via Jamming of Elastomeric Particles”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。太原理工大學張東光副教授、吳亞麗副教授、西安科技大學楊嘉怡副教授為論文共同通訊作者，太原理工大學研究生薛小婷為文章第一作者。該工作得到國家自然科學基金的支持。

  在過去兩年中，團隊在柔性傳感器領(lǐng)域展開了一系列研究。針對電容式柔性壓力傳感器高靈敏度與大壓力測量極限之間的矛盾，在彈性空腔體中加入玻璃球研制了被動阻塞干擾的壓力傳感器（DOI：10.1002/admt.202100106），并探索了顆粒阻塞機理。制備了仿人體皮膚的雙層液態(tài)金屬彈性體泡沫，實現(xiàn)了柔性壓力傳感器的高動態(tài)范圍（DOI：10.1002/admt.202101074）。受捕蠅草感官毛出色的應(yīng)力響應(yīng)啟發(fā)，設(shè)計了一種基于微結(jié)構(gòu)和柔性填料的電容式壓力傳感器，提高了傳感器的靈敏度（DOI：10.1016/j.compscitech.2021.109066）。針對應(yīng)變傳感器通常無法識別法向與壓向應(yīng)力，設(shè)計了一種法向壓力不敏感的液態(tài)金屬叉指電容傳感器（DOI：10.1002/aisy.202100201）。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202210553

  下載：Segregated and Non-settling Liquid Metal Elastomer via Jamming of Elastomeric Particles