液态金属电极性能优化方案

无论是作为生物电极还是柔性电路导线，材料的电阻抗都是影响其性能和应用前景的重要指标。将GaIn24.5液态金属充灌于内径为1 mm、长度为40 cm的硅胶管中，如图14.3a，使用动态信号分析仪测量GaIn24.5室温下的电阻抗。开机后设置扫描频率的范围为1～10 kHz，扫频点数为200等各项参数，开始扫描，记录数据并保存。

结果如图14.3b所示，GaIn24.5电阻平均值为0.225 Ω，计算得室温下GaIn24.5电阻率为44.1 μΩ·cm，导电性逊于固态金属金（2.2μΩ·cm）、银（1.6 μΩ·cm）、铜（1.7μΩ·cm），但优于其他液态金属如汞（95.8μΩ·cm）［19］，也远优于液态金属与PDMS的导电混合物（9.5×103μΩ·cm）［11］。

当电极与电解质溶液接触时，在界面上需要对离子电流或电子电流进行转变，从而构成电流回路。在接触面上的电解液与其余电解液之间形成电位差，平衡状态时会在金属和溶液之间形成双电层。当有电流通过时，电极电位从平衡电极电位变为与电流密度有关的电极电位，叫做极化电压。一般来说，生物电极材料的极化电压要求要处在较低水平。

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图14.3　GaIn24.5液态金属阻抗谱的测量［14］

a.将液态金属充灌于内径为1mm、长度40 cm的硅胶管；b.1～10 kHz液态金属的电阻和电抗曲线。

如图14.4a所示，用生理盐水模拟组织液，将一滴GaIn24.5放入硅胶管中的生理盐水中，采用安捷伦34970A数据采集仪记录电压数据。测量电压所用电极是铂电极。结果如图14.4b所示，当GaIn24.5与生理盐水接触时，电压立即从0V降到-0.73 V，之后电压缓慢上升并趋于稳定，约-0.5 V。极化电压幅度最大为0.73 V，逊于Ag/AgCl电极（0.1 V）。