随着现代电子工业与消费电子市场的快速发展，柔性电子已成为研究前沿和焦点。集导电性与流动性于一体的液态金属材料在这一领域的地位日趋凸显。然而，由于液态金属表面张力通常较高，其对常见的生物相容性柔性基底如PDMS等的润湿性较弱，因而采用传统的直写、打印以及掩膜喷印、涂抹等方式尚难实现精细、复杂且附着稳定的电路；而若采用模板刻蚀槽道，则会因模板分离时槽道承载力的变化，造成柔性基底收缩变形继而引发精细结构的破损。由于这些因素，直接利用液态金属制备各种高柔性电路仍面临繁琐、耗时、稳定性低等挑战，尚不易快速获得实用化柔性功能器件。笔者实验室Wang等［29］，首次发现了一种“PVC-液态金属-PDMS”三层结构的液态金属相变转印现象，并由此建立了一种高效的柔性电子制造方法。这种被命名为液态金属液固相变转印方法的措施，突破了以往存在的技术瓶颈，可用于快速制造易于贴合到任意复杂形状表面的柔性功能电子器件。
如图5.28所示［29］，如果在室温下直接对PVC-液态金属-PDMS结构进行分离，处于液相的金属由于自身流动性和对PVC膜的润湿性，并不能以一个整体转印到PDMS基底上，而是会在分离的过程中发生粘连、溢出、断线。而在低温下，PDMS膜和PVC膜会发生收缩，然而由于收缩系数不同，在两者交界面上会产生热应力。当热应力大于两层膜连接的黏力时，就会发生自动分离现象。同时，热应力的存在会导致PDMS和液态金属发生形变，PDMS在热应力的作用下向中心收缩，使得PDMS紧紧包裹液态金属，同时热应力会产生向上的拉力，使得PDMS包裹液态金属向上移动。由于PDMS和液态金属交界面有一定的粗糙度，当有热应力产生时，两者结合更加紧密，同时热应力也会造成其发生机械形变，从而导致分离。
图5.28 不同条件下分离“PVC-液态金属-PDMS”三层结构的效果［29］
a.金属在室温处于液态时的分离结果，两侧基底都有粘连；b.金属在低温处于固态时的分离结果，完整转印至PDMS基底。
在上述基本效应基础上建立的基于低温相变转印的液态金属柔性功能电路快速制造方法原理在于（图5.29a）：首先利用液态金属打印机在PVC膜表面打印出液态金属电路；之后，在此电路上进一步覆盖PDMS溶液并加以固化；根据需要，在PDMS尚处液态时，可在其上浸入任意形状的待贴附目标物体；最后，对整个对象加以降温，以使液态金属转为固体，由此即可轻易地将最初的液态金属电路完整快捷地转印到PDMS柔性基底上。这一过程中，当PDMS固化后，揭下PVC膜及目标物体后，即形成内嵌有液态金属柔性电路的PDMS器件，此时在相应管脚贴上相应IC元件并加以编程调试，即制成功能电子器件。由于PDMS基底形状可完全与使用对象贴合，由此即达到电子器件的高度适形化制造。该技术在医疗健康、家居、环境等应用场合的传感监测方面有重要意义，相应器件易于贴合到诸如膝盖、脚腕、手掌、面颊、头部、耳郭以及更多复杂形状表面执行特定功能。研究还通过对“PVC-液态金属-PDMS”界面微观结构的刻画、受力测试与仿真验证，揭示了相应的转印分离机理。
图5.29 适形化柔性功能电子器件(www.xing528.com)
a.液态金属相变转印原理；b.皮肤电子［29］。
图5.30、图5.31是基于该技术制造的几类完整的可编程柔性电路［29］，展示了新技术的应用特点，其在弯曲、扭转、拉伸等往复形变下均能保持高性能和可靠性。结合手机生理检测平台与集成电路芯片，实现了微型柔性红外温度采集模块，可通过蓝牙将采集到的信号以无线方式发送至手机予以实时显示和存储，而同时这些器件则可以适形化方式贴合于身体表面。
图5.30 利用转印方法打印并集成的柔性可编程腕带及采用手机操控的微型无线红外测温仪［29］
相较于传统的硬质电路，柔性电子具有重量轻、韧性好以及可承受一定形变等优势，这使其应用范围更为宽广。基于相变转印原理的液态金属柔性电路加工方法突破了传统工艺的局限性，更加简便、快捷、稳定，并与现有集成电路技术较为兼容。除了能高质量、快速加工以满足可穿戴设备、皮肤电子、医学植入、柔性显示、太阳能电池板等诸多前沿的需求外，新方法的重要意义还在于，随着液态金属打印技术的普及，人们将有望随心所欲地在任意物体表面实现各类柔性功能器件的定制化快速开发，这会显著扩展传统电子工程学的技术范畴，继而推动个性化柔性电子应用向前快速发展。
图5.31 基于相变转印效应制备的液态金属柔性电路［29］在卷曲、扭转、拉伸及柔软顺应状态下均能正常工作
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