液态金属柔性电路的制造技术优化方案

将液态金属与具有生物相容性的柔性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）结合，既能够保持液态金属的柔性，又可在接触体表及其他使用中保护液态金属线路，但由于液态金属材料较强的表面张力及对基底较弱的润湿性，加之PDMS等柔性材料表面弹性和摩擦力较大，直写、打印以及掩模喷涂、涂抹等方式都难以形成精细、复杂且附着稳定的电路；而通过模板在PDMS刻蚀出槽道的方法，在PDMS与模板分离时，由于槽道承载力的变化容易发生尺寸收缩形变和精细结构损坏。若上述问题得不到解决，就会使得利用液态金属加工柔性电路不仅繁琐耗时、成功率低，更难以实现真正稳定且具有实际应用价值的柔性功能电路和传感器。

基于此，笔者实验室Wang等［23，24］提出了基于相变转印原理的液态金属柔性电路制造方法（图7.11）。首先，将液态金属电路直接打印在PVC基底上，倒入适量PDMS溶液（需要先抽真空）将液态金属电路全部覆盖。然后将其放入干燥箱中，在70℃下加热约2h，以使液态PDMS固化成型，形成“PVC-液态金属-PDMS”相联的三层结构。此时，对这一结构进行降温，当温度低于液态金属熔点时，金属即发生相变成为固体，此时即可将PDMS与PVC分离，由于固体金属与两层基底材料的附着力不同，在这一过程中就会全部转印到PDMS基底上。待恢复至常温后，即可得到完美附着于PDMS基底的液态金属电路。

图7.11　基于相变转印的液态金属柔性电路制备流程，元器件放置采用“转印后”操作［23］

在实际操作中，电路元器件可以选择在两个不同节点进行放置，即PDMS与PVC分离之前或之后，因此可进一步划分为“转印后”与“转印前”两种操作方法。“转印后”操作法步骤如图7.11所示，用液态金属将镜像的电路图案印制在PVC基底上，待完成PDMS转印分离后，再将元器件依次嵌入到电路中。由于液态金属对于元器件引脚的金属也具有一定的润湿性，因此在电路中不仅起到导线的作用，同时也发挥了传统电路中焊锡的连接作用。(www.xing528.com)

“转印前”操作法的步骤如图7.12所示，与“转印后”操作法不同的是，印制在PVC基底上的电路无需镜像，在印制后即直接在电路上放置元器件，完成后再覆盖PDMS溶液。这样，当PVC与PDMS分离时，元器件已经直接封装在PDMS基底内并完成了与液态金属的连接。但是，与第一种方法相比，由于元器件的存在，加大了PDMS分离的难度，如果有部分金属线位于元器件下方，在相变分离过程中也可能出现断裂的情况。

图7.12　基于相变转印的液态金属柔性电路制备流程，元器件放置采用“转印前”操作［23］

采用两种操作步骤均可获得所需的电路，在完成转印分离和元器件布置后，可在其上再覆盖一层PDMS膜，待其固化之后，就能够获得连接可靠稳定，且可拉伸的液态金属柔性电路。