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  傳統電子設備的研發和生產通常以穩定、堅固和耐用為出發點，因此電子產品在損壞或淘汰后無法輕易處理，產生的電子垃圾對環境造成巨大的負擔。現有的電子垃圾處理方式需要復雜的步驟和工藝，并可能產生對環境有害的固體、液體和氣體，危及著人類的健康和生態環境的可持續發展。發展可降解、低排放甚至是可回收的環境友好型電子成為了電子設備的未來趨勢之一。此外，可降解、低毒性的瞬態電子設備作為植入醫療設備可在任務結束后被降解或吸收，從而避免需要手術取出而帶來的二次傷害。然而受限于材料的特殊性和特定的加工工藝，目前僅有少量的電子設備實現可降解或可吸收，極大地限制了該新興電子技術的發展。

  近日，深圳大學周學昌課題組設計和構建了一種基于室溫液態金屬的瞬態可回收的環境友好型柔性電子。該研究成果發表在Adv. Funct. Mater. (2019, DOI: 10.1002/adfm.201808739.) 期刊上。在本項研究中，研究人員采用聚乙烯醇（以下簡稱：PVA）作為可溶解的封裝材料，液態金屬作為可回收的柔性導體。由于PVA具有水溶性，因此用完的電子設備置于水中便可立即銷毀，電路銷毀形成液態金屬小液滴只需添加少量低濃度氫氧化鈉溶液即可完成液態金屬的小液滴間融合回收。該方法加工工藝簡單，所采用的液態金屬具有極高的柔性、安全性和可回收性。

  研究中采用真空輔助液態金屬圖案化和水霧輔助的封裝方法，解決了在PVA中封裝液態金屬電路的難點。利用這種方法可以制備復雜的液態金屬圖案，且制備得到的液態金屬瞬態可回收電路具有極高的機械和電學穩定性，可以在經受各種形變下仍然保持圖案完整性。而且在高強度彎曲、扭曲下依然保持良好的導電性，在高達1萬次的彎曲疲勞測試后，電路的導電性能也幾乎不受影響 (圖1)。為了驗證該方法，研究人員成功實現了多種復雜電路的設計，實現了基于液態金屬電路的近場通訊、電容傳感器等器件等應用。

圖1、a) PVA封裝的液態金屬圖案的拉伸、擠壓和折疊機械形變。b-c) 不同彎曲半徑下的電路電阻變化及其疲勞測試結果。

  為了進一步驗證該方法，研究人員還設計了一個可用于順序關閉LED燈陣列的液態金屬電路。實驗中通過控制水的位置來逐步溶解PVA-液態金屬電路，實現按順序關閉LED的控制（圖2a-b）。研究人員最后通過實驗室驗證了PVA封裝的液態金屬瞬態電子的可回收性（圖2c）。所制備的電路浸入水中可自動銷毀，形成液態金屬小液滴，通過添加低濃度的NaOH溶液，改變了液態金屬的表面張力，液態金屬小液滴可以快速融合成大液滴，極大地方便回收，金屬的回收率高達96％。

圖2、a, b) 液態金屬瞬態LED電路與 c) 電路回收過程。

  該研究為柔性電子、瞬態電子以及液態金屬研究等領域提供了新的研究思路。液態金屬的瞬態可回收的環境友好型柔性電子在瞬態通訊設備、傳感器、健康醫療、信息安全等領域具有潛在的應用價值。該工作得到國家自然科學基金、深圳市基礎研究項目和孔雀技術創新等項目的資助。

  室溫液態金屬，例如鎵及其合金，常溫下呈液態，具備良好的流動性、高導電性、高導熱性、低毒、低蒸氣壓等優點，被認為在軟電子學、軟體機器人、柔性可穿戴設備、健康醫療等領域具有潛在的應用前景。近兩年來，深圳大學周學昌課題組在液態金屬的表界面性能調控及應用方面進行了多項研究工作，主要包括：液態金屬瞬態可回收柔性電子（Adv. Funct. Mater., 2019, 1808739.）；使用聚四氟乙烯薄片包覆液態金屬液滴，成功制得一種具有優異機械性能的高彈性液態金屬液滴（Mater. Horiz., 2017, 4, 591-597）；使用石墨烯包覆液態金屬液滴，制得一種具有高導電性的液態金屬液滴，并成功用于可活動、可回收、可變形的軟接觸電極及運動方向指示器件（Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706277）；采用聚多巴胺包覆液態金屬納米液滴，使得該納米液滴在近紅外光照射下能夠發生形變（Small, 2019, 1804838）。此外，該課題組還研發了可用于全軟導體的液態金屬彈性海綿（J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 1586-1590.）、冷凍熱轉印液態金屬圖案化技術（J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 6790-6797）和酸性電解質條件下的可定向移動的液態金屬液滴機器（Langmuir, 2019, 35, 372–381）。

論文鏈接：

Title: Liquid Metal-based Transient Circuits for Flexible and Recyclable Electronics

Authors: Long Teng, Shichao Ye, Stephan Handschuh-Wang, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Xuechang Zhou*

Journal: Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201808739.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808739

Title: Robust Fabrication of Nonstick, Noncorrosive, Conductive Graphene-Coated Liquid Metal Droplets for Droplet-Based, Floating Electrodes

Authors: Yuzhen Chen, Tingjiao Zhou, Yaoyao Li, Lifei Zhu, Stephan Handschuh-Wang, Deyong Zhu, Xiaohu Zhou, Zhou Liu, Tiansheng Gan, and Xuechang Zhou*

Journal: Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706277.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201706277

Title: Light-Induced Shape Morphing of Liquid Metal Nanodroplets Enabled by Polydopamine Coating

Authors: Tiansheng Gan, Wenhui Shang, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*

Journal: Small, 2019, DOI: 10.1002/smll.201804838.

https://doi.org/10.1002/smll.201804838

Title: Liquid metal droplets with high elasticity, mobility and mechanical robustness

Authors: Yuzhen Chen, Zhou Liu, Deyong Zhu, Stephan Handschuh-Wang, Suqing Liang, Jinbin Yang, Tiantian Kong, Xiaohu Zhou, Yizhen Liu, and Xuechang Zhou*

Journal: Mater. Horiz., 2017, 4, 591-597.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/mh/c7mh00065k/unauth#!divAbstract

Title: Liquid Metal Sponges for Mechanically Durable, All-Soft, Electrical Conductors

Authors: Suqing Liang, Yaoyao Li, Yuzhen Chen, Jinbin Yang, Taipeng Zhu, Deyong .Zhu, Chuanxin He, Yizhen Liu, Stephan Handschuh-Wang, Xuechang Zhou*

Journal: J. Mater. Chem. C, 2017, 5,1586-1590.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/tc/c6tc05358k#!divAbstract

Title: Defect-Free, High Resolution Patterning of Liquid Metals by Reversibly Sealed, Reusable Polydimethylsiloxane Microchannels for Flexible Electronic Applications

Authors: Jinbin Yang, Tingjiao Zhou, Liyun Zhang, Deyong Zhu, Stephan Handschuh-Wang, Zhou Liu, Tiantian Kong, Yizhen Liu, Junming Zhang, Xuechang Zhou*

Journal: J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 6790-6797.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/TC/C7TC01918A#!divAbstract

Title: Electric Actuation of Liquid Metal Droplets In Acidified Aqueous Electrolyte

Authors: Stephan Handschuh-Wang, Yuzhen Chen, Lifei Zhu, Tiansheng Gan, Xuechang Zhou*

Journal: Langmuir,2019, 35, 372–381.

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.langmuir.8b03384