我国科学家突破液态金属柔性电子制造关键技术 为航空航天等领域提供创新解决方案

问题:柔性电子被认为是新一代信息器件的重要形态之一,但制造环节长期存两大矛盾:一是高精度电路图案化与材料利用率难以同时兼顾。传统增材或减材工艺要么受分辨率与一致性限制,要么带来材料浪费和流程复杂。二是器件从平面走向真实应用场景时,常需贴合皮肤、组织或复杂结构件,但三维曲面适配能力不足,容易导致可靠性下降、寿命缩短,成为应用落地的关键瓶颈。 原因:液态金属具有导电性好、可变形、自愈等优势,被视为实现柔性、可拉伸导体的重要材料方向。但要把材料优势转化为可制造、可量产的器件能力,核心在于对材料状态与界面行为的精细控制。一上,液态或半液态金属与不同基底之间的润湿、粘附与剥离机理复杂,控制不当会造成线路边界模糊、残留污染或性能衰减。另一方面,三维曲面上的应力分布以及贴合过程中的形变与回弹,可能引发微裂纹、脱层等失效,需要材料、工艺与结构设计协同应对。 影响:针对上述难题,涉及的团队提出无损刻蚀图案化技术,力图绕开传统工艺的固有约束。该方法利用乙醇环境调控液态金属与基底的界面粘附,并结合针尖施加局部机械力,实现对半液态金属的精准剥离,从而完成电路图案化制备。其特点是材料几乎不损耗,可降低耗材与后处理压力,也为更环保的制造路径提供可能。据介绍,该方法分辨率约为5微米,并可兼容PDMS、纸张以及生物组织皮肤等多类刚性与柔性基底,意味着同一技术路线有望从实验室常用基底延伸到实际应用载体。 三维制造上,团队提出形状自适应的共形电子制备技术,面向曲面结构的贴合与稳定工作需求,给出更适配三维曲面的制造思路。其意义于,将柔性电子从“可弯折”加快到“可共形”,使器件在复杂曲面上仍能保持连续导电与稳定信号获取,为在狭小空间、异形结构及动态形变场景中部署传感与互联提供基础。两项成果均建立在半液态金属材料研发与界面调控机制的进展之上,覆盖从基础研究、工艺开发到器件应用的连续创新,显示出向系统集成与工程化延伸的潜力。 对策:从产业化与工程应用角度看,下一步可重点在三上推进。其一,建立面向规模化的工艺窗口与质量评价体系,围绕分辨率、一致性、可靠性与良率开展标准化验证,解决从“能做”到“稳定做”的落差。其二,针对不同应用场景推进材料与封装的协同设计,尤其在皮肤接触、植入环境或极端工况下,强化生物相容性、耐腐蚀、抗疲劳与长期稳定性评估。其三,推动与现有柔性制造平台的兼容衔接,探索与印刷电子、微纳加工及系统封装的组合工艺,形成可复制的工程方案,降低综合成本与导入门槛。 前景:随着健康监测从点位测量走向连续化、个性化,可穿戴与植入式器件对高灵敏、低负担、长寿命的柔性导体提出更高要求;同时,航空航天等领域对轻量化、抗振动、可贴附的智能感知系统需求也在增长。若液态金属柔性电子能在精密制造、曲面适配与可靠性验证上实现系统性突破,未来有望在机体结构健康监测、舱内环境感知、异形部件表面传感网络等方向形成新的技术选项。整体来看,此次进展不仅回应了关键瓶颈,也为柔性电子向高性能、绿色化与规模化演进提供了新的技术支点。

液态金属柔性电子制造技术的进展,反映了我国在新材料与微电子领域的研发能力提升。这个成果为柔性电子制造提供了新的技术路线,并为产业化探索带来可参考的方案。随着技术继续完善并推进工程验证与规模化落地,液态金属柔性电子有望在健康监测、医疗诊疗和智能制造等应用中加速渗透,推动有关产业链能力提升。