液态金属复合材料的低温导电膨胀性能

笔者实验室Wang等发现了一种温控液态金属绝缘体导体可逆转换的复合材料［2］。该材料是由液态金属微颗粒与PDMS等聚合物材料按照一定的比例充分混合而成，制备方法简单易行。众所周知，PDMS等有机聚合物属于绝缘材料，但掺杂了液态金属微米颗粒后，该材料在低温刺激下可以由绝缘体瞬间变成导体，而当材料升温后又会恢复绝缘状态。值得注意的是，这个仅由温度调控的绝缘体导体的转换过程是可逆的。

可逆导电器件是由液态金属微米颗粒以及有机硅胶混合而成［2］。液态金属微颗粒由于被绝缘的PDMS隔绝，因此呈现出绝缘特性（图12.3a），而在低温刺激下，不导电的PDMS在低温下快速收缩，导电的液态金属发生相变凝固的同时快速膨胀，液态金属颗粒被挤出PDMS从而互相连通，并进一步呈现出导电特性，接通点亮LED灯（图12.3b）。当升温时，收缩的PDMS膨胀，而液态金属颗粒由固体熔化成液态，发生体积减小，重新回到被PDMS包裹的状态，呈现绝缘性质，LED灯熄灭（图12.3c）。研究还表明，由于以有机聚合物作为基底材料，该液态金属复合材料展现出良好的柔性以及可拉伸性能（图12.3e、f），当基底材料处于拉伸状态时，液态金属会迅速渗透到被拉伸的区域，由于基底材料变薄，液态金属的银白色得以体现，通过这种方式也可以实现拉伸快速变色的效果。实验证明，在拉伸状态仍可以实现快速的“绝缘体导体”转变过程。上述现象系首次发现，未来有望用于温度控制的电路器件以及低温电子材料等方面。

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图12.3　低温诱导绝缘体-导体可逆转换过程［2］

a.液态金属微颗粒被PDMS隔绝；b.液态金属微颗粒被挤出PDMS，点亮LED灯；c.液态金属重新被PDMS包裹，LED灯熄灭；d.导电被冻结；e、f.液态金属复合材料具有良好柔性和可拉伸性。