镓基液态金属导电油墨及其图形化应用

王旭红，李小东，张峻岭，巫运辉

镓基液态金属导电油墨及其图形化应用

王旭红1，李小东1，张峻岭1，巫运辉2

（1.东莞职业技术学院，广州 东莞 523808；2.东莞理工学院，广州 东莞 523808）

提出发展液态金属导电油墨的基本途径及其对信息产业发展重要性。从导电油墨的制备方法、液态金属粒子的物理特性、液态金属油墨图形化及其应用展开论述，全面总结液态金属导电油墨的技术现状以及深化对其的认识。液态金属基导电油墨将比目前贵金银基导电油墨的成本低50倍，基于液态金属的导电油墨图形化印刷电子在智能防伪包装、柔性电子、生物医用等领域呈快速发展趋势。镓基液态金属导电油墨及其印刷技术是一个崭新的技术革命，具有重要的研究价值和经济意义。

导电油墨；液态金属；图形化

传统导电油墨的制备方法是将导电纳米颗粒分散到介质中形成悬浮液，在图形化后除去介质获得印刷图案。当前，导电油墨主要有导电高分子系、有机金属类、碳材料、纳米贵金属油墨等[1-2]。导电高分子系、有机金属、碳材料组成导电油墨因图形化后导电性远不如纳米贵金属，因而逐渐被高导电性的纳米贵金属油墨取代，如用纳米金、银油墨，然而，由于用纳米金、银墨水进行大面积打印使用时材料成本较高而无法广泛推广。此外，传统导电油墨在配方上不仅需要导电颗粒、溶剂、分散剂、稳定剂，而且印刷后还必须进行后处理工艺（如烧结、退火等）才能获得具有导电性的印刷图案，而镓基液态金属油墨经过印刷或者打印之后无需后处理工艺就可以形成金属级电导率的印刷图案，因而在印刷打印新一代电子信息产品具有重要的研究价值。

1991年，科幻电影《终结者》采用液态金属制备的虚拟机器人，当其无论遭受什么形式的物理形变，都能够迅速恢复原形，甚至可以根据外界环境改变自身形状。该部电影带来了深刻的思考，液态金属是什么材料？为什么具有如此神奇能力？其实，早在1871年，俄国化学家门捷列夫就在元素周期律中预测了镓元素的存在，而后在1875年，布瓦博得朗发现了镓元素，并成功提取这种新的金属[3]。

近年来，镓基液态金属油墨作为新兴的一类导电油墨，不但具有金属级的电导率，而且图形化后无需后烦琐介质处理，还在成本上远低于贵金属纳米金、银油墨，引起了研究人员的高度关注[4]。为此，文中重点阐述镓基液态金属导电油墨的制备方法及其特有属性，同时对液态金属油墨图形化及其应用展开论述，全面总结液态金属导电油墨的技术现状，为推动液态金属油墨产业化发展提供强有力的技术支撑。

1 镓基液态金属的基本性能

至今，工业上对镓的生产和提纯技术已经非常成熟，镓的纯度可达到99.99%。镓是一种低熔点金属，熔点为29.8 ℃，沸点高达2 403 ℃，处于极低温（−272.06 ℃）时会变成超导体[5]。在不同形态下，镓会呈现不同的颜色（固态时呈青灰色，液态时呈银白色），镓具有低蒸气压、低毒性、低黏性、金属级电导率、稳定性好等特点[6]。相较于近乎无毒的镓基液态金属，汞具有更高的蒸气压，且容易蒸发并产生高毒性的汞蒸气。镓的高稳定性、良好的生物相容性，以及近乎无毒等一系列的独特优势，为其在智能防伪包装、柔性电子、医疗器件等领域应用奠定了基础[7-8]。

随着科学技术的进步，逐渐发展了以镓为基础的液态金属合金，主要由少量过渡金属元素（Ga、In、Tl、Sn、Pb、Al、Bi）和锌族元素（Zn、Cd、Hg）组成[9]。其中，以镓、铟、锡3种元素制备而成的液态金属合金最受关注，统称为镓基液态金属，最具代表性的是：镓铟锡（EGaInSn）和镓铟（EGaIn）合金2种液态金属合金[10]。镓基液态金属合金的液态特性是由镓原子所贡献，并且，合金中各种元素（镓、铟、锡）所占配比的不同会影响液态金属的熔点和其他的物理性质。目前液态纯金属种类相对较少，其在实际使用中需具备物理化学性能优良（如高热导率、电导率、低黏度等）、环境友好、无毒无害、非易燃易爆、易于回收利用，以及较低的蒸气压和挥发性，见表1[11]。

以镓基为主要成分的液态金属（Liquid Metal，LM）因具独特的机械变形能力（易形貌重构、可变形）、金属级电导率（3.4×104～6.7×104S/cm）等优点，比常见的金属、碳材料要低10～12个数量级[12-13]。此外，镓基液态金属在常温下可流动、导电性强、热学特性优异、易于实现固-液转换，因沸点高（温度高达2 300 ℃时仍处于液相）而不会像水那样沸腾乃至爆炸。此外，与传统的碳系导电墨水、高分子导电墨水和金属导电墨不同，镓基液态金属墨水的配制则相对简单，在打印后无需进行后处理即具备导电性，而且电导率相对较高，是一种较为理想的导电墨 水[14]。近年来，随着镓基液态金属导电油墨的发展及其印刷技术的进步，使得液态金属基的智能防伪器件、柔性电子、生物电极等高新产品得于面世[15]。镓基液态金属导电油墨的制备及其图形化技术，是当前导电油墨的重要发展方向之一。

2 镓基液态金属导电油墨的技术及应用

2.1 镓基液态金属粒子的制备技术

镓基液态金属导电油墨的制备，其核心的是液态金属纳米粒子的制备[16]。主要分为物理分裂和物理沉积2种方法，其中物理分裂是通过模塑、流动喷射、流聚焦、机械共混法、超声波等将液体剪切成纳米颗粒[17-18]，基于物理分裂法制备纳米粒子的不同工艺见图1；而物理沉积法则是通过原子积聚形成纳米颗粒，生产工艺成本高而难于推广[19-20]。Michael先用激光光刻机等一系列手段制造微孔模具，然后借助模具制备出了液态金属微球；Zhang等[21]在1,3-二异丙烯基苯溶液中通过超声波制备出液态金属微球，通过控制工艺参数可以有效调控液态金属微球的尺寸，如模具微孔尺寸、喷嘴尺寸、流量大小、超声波功率等参数。上述方法中，超声波因具成本低、操作工艺简单而逐渐成为制备镓基液态金属纳米粒子的关键技术。通过上述技术可以实现将高比表面积的液态金属破碎为纳米尺寸的金属粒子，进而为制备印刷或打印油墨提供保障。

表1 室温下镓基液态金属基本物理性能

Tab.1 Typical properties of some common liquid metals at room temperature

图1 6种通用的微纳米粒子制造方法

此外，黏度也是油墨图形化制备功能器件的又一重要技术，油墨黏度跟图形化工艺紧密结合[22]。油墨图形化工艺主要有网版印刷、喷墨打印、漏字板印刷等[23]，其中喷墨打印代表当前油墨图像化的最高技术。目前，喷墨工艺需要墨水黏度为0.001～0.01 Pa∙s，此时墨水可以近似牛顿液体，不会产生假粘滞现象，有利于墨水液滴从喷嘴的输送，也有利于墨水液滴的形成和保持墨水液滴的完整性[24]。已有研究证明，液态镓的黏度在30 ℃时为0.002 Pa∙s，并随着温度的升高而降低，镓的黏度与温度的关系见图2[25]。显然，黏度使得镓基液态金属油墨成为喷墨工艺的最佳候选材料之一

图2 镓的黏度与温度关系曲线

2.2 镓基液态金属油墨的表面物理特性

研究表明[26]，当镓基液态金属暴露在空气中的时候，其表面会迅速发生氧化反应，形成一层固体状的氧化物（Ga2O3），氧化物的厚度在空气环境下为1～3 nm（图3），在真空条件下为0.7 nm。氧化物会干扰电化学测量、改变液态金属表面的物理化学性质，以及改变液态金属的流体动力学行为[27]。尤其是，氧化物的存在对液态金属液滴与基底之间的黏附性也会产生影响，与纯的镓铟合金液滴相比，氧化后的合金液滴和基底之间具有更好的黏附性，从而有助于实现油墨的图形化。由于这层钝化的氧化镓非常薄，但可承受0.5 ～0.6 N/m的最大表面应力，并且电子能够轻易地隧穿这层氧化薄膜，因此这一氧化层不会显著影响镓基液态金属的电导性能[28-29]。此外，镓基液态金属的低黏度特性及其高表面张力特性使其表面具有稳定氧化层，使其会自发维持球状。最近，国际权威期刊《Nature Materials》发表了通过氢离子掺杂液态金属微粒的氧化膜制备液态金属油墨的新方法，所获得的液态金属微粒可以在形变时也保持高电导率，因此即使在拉伸超过500%时，印刷电极和电路线的电阻变化也可以忽略不计[30]。同时，在高湿度、高温或重机械损坏等恶劣环境下也可以保持电性能，还可以实现在各种可拉伸基材上直接图形化印刷。此外，通过对印刷基材的表面粗糙度、通过聚合物界面改性等技术手段可以有效改善液态金属油墨的印刷性，从而提高印刷产品的稳定性。

2.3 镓基液态金属油墨的印刷界面问题

实现液态金属油墨图形化的关键技术除了上述所述的方法以外，还必须解决液态金属油墨的表面张力及其与印刷基材的界面浸润性问题。对于油墨的表面张力，张力过高油墨难以形成液滴，可能会发生一些长时间的断裂，从而影响印刷的输出，反之则会导致液滴不稳定，容易形成星形溅射点。研究表明[31]，镓的表面张力受温度影响，结果表明随着温度的升高，镓表面张力逐渐降低，见图4，因此，调控油墨的温度降低表面张力使其可以直接3D打印，或者微接触转移实现图案化。此外，印刷基材的界面浸润性也是影响液态金属油墨图形化的另一重要因素。研究表明利用模具、模板、选择性界面浸润、选择性移除图案法等手段可以实现印刷图案化[32]，因此，加深对镓基液态金属油墨物理化学特性研究，建立相应的打印方法，是今后发展的一个重要方向。

图3 空气环境下液态金属氧化层形貌及其厚度

图4 镓的表面张力与温度的关系

2.4 镓基液态金属油墨的图形化技术

国内外科学家围绕镓基液态金属导电油墨图形化制备功能器件，开展了大量的研究工作，主要形成了3种图形化技术[33-34]：丝网印刷、激光打印、喷墨打印。镓基液态金属油墨的打印有其特殊性，具有表面张力高、密度大等特点。为此，Zheng等[35]提出轻敲式电子打印的概念，通过驱动喷头在轴方向运动，同时驱动印刷基材沿轴运动，从而可以将液态金属油墨图形化，其原理见图5。此外，Zhang等[36]提出“雾化喷墨式液态金属打印”，液态金属墨水由容器腔中流入喷笔，在喷嘴处被通入的高压气体吹散成气雾状，最终形成液态金属微液滴。除此以外，直接书写式液态金属打印法、微接触式液态金属打印法等方法都可以实现液态金属油墨的图形化[37]。

此外，中科院理化所发明的“液态金属悬浮3D打印”方法，有效克服了液态金属墨水表面张力高、黏度低、易流动、重力大等带来的技术壁垒，实现了液态金属打印，其打印精度可由针头尺寸、打印速度等条件予以调控，实现了可在室温下快速制造具有任意复杂形状和结构的可发光的液态金属图案。该团队还发布了全球首款液态金属材料混合3D打印机设备，形成了以中国自有的液态金属图形化印刷技术[38]。

3 镓基液态金属油墨在印刷电子领域的应用

镓基液态金属油墨图形化技术在信息化电子领域的应用颠覆了传统图形化电子的制备工艺所需要的薄膜沉积、刻蚀、封装等环节，解决了消耗大量的原料这一缺点，是一种清洁节能技术。我国学者率先在全球提出液态金属印刷电子学的创新思想，建立了相应的理论与技术体，研制了系列化的新型设备。基于液态金属油墨制备技术及其印刷技术，通过印刷、打印等方式在各种柔性、刚性基材甚至人体皮肤上直接制造出目标电路图案、功能化图形器件、精细集成电路图案器件等，推动了液态金属的商业化应用，尤其是液态金属电子直写模式，推动普惠型个性化电子制造时代的发展。目前，液态金属导电油墨应用于可印刷柔性电子标签、集成印刷有机发光二极管、印刷太阳能电池等功能器件[39]。这些功能器件是智能防伪包装、柔性电子、生物医用等领域的核心部件。

图5 液态金属轻敲式电子打印装置

3.1 液态金属印刷电子在生命健康监测领域的应用

生命健康监测系是一组多功能传感器的集成，可用于检测温度或压力，记录心跳、大脑活动和电生理信号，或作为驱动器阵列，如微型加热器。到目前为止，报道的大多数皮肤电子器件都是基于固体金属或无机半导体，需要如光刻、蒸发、蚀刻、丝网印刷、微加工或电镀等工艺，严重依赖专用设备和无尘基础设施。此外，现有的生命健康监测系统大多为基于刚性电路的传感器设备，存在与人体皮肤的耦合性能差、接触舒适度差、制造复杂性等问题，因此，这种电极由于其机械刚性，可能会对人体造成不适，甚至伤害。尤其是在某些情况下，传统刚性的检测设备可能无法直接测量皮肤信号，然而，基于液态金属油墨及其印刷技术的出现，为制备柔性生物电子测量设备提供了一种新的技术方案，在生命健康监测领域得到了越来越多的研究和应用。如图6所示，通过液态金属油墨及其印刷技术可以在人体需要的监测的部位直接制造出目标传感检测器件，或者在非常薄和灵活的基片上直接印刷传感器件，这种方案的优势是接口阻抗非常低。这样，由于液态金属自身的高导电性、可拉伸性，使得人体生理信号可以很好地被检测输出，以便医生更好的分析。

图6 液态金属印刷电子皮肤在生命健康监测领域的应用

3.2 液态金属印刷电子在功能电子制造领域的领域

液态金属兼具高电导率和可伸缩性双重特性，这使得液态金属电子器件更适合承受大应变的应用场景，尤其是应用于可伸缩电子。此外，液态金属表现出较低的电导滞后，即当应变消除时，原始电阻恢复，因此，使用液态金属作为功能电子元件具有更优异的应变-机电性能。此外，这些液态金属可以与其他填料混合，可以反复拉伸而不降低其导电性。

当液态金属与氧接触时，镓基液态金属形成一层氧化镓（Ga2O3）的自钝化层，其厚度为0.5～3 nm。利用这一氧化层，液态金属印刷电子取得了飞速发展，包括钢网光刻、选择性润湿、还原刻印和微接触印刷。在过去的5年里，液态金属印刷电子因前景广阔引起了研究人员的极大兴趣。液态金属印刷电子产品可以与不规则的曲面相贴合，见图7，可以应用于制备可伸缩天线、柔性微电子皮肤等产品，未来在可伸缩太阳能电池、可拉伸超级电容器和可伸缩的电子电路领域，可以实现无线能量传输。

3.3 液态金属油墨在自修复电子领域的应用

柔性电子在人造皮肤、可折叠超级电容、近场通信标签、可变形触摸屏等柔性电子领域有着广阔的应用前景而备受关注。传统的柔性电路采用刚性导电材料，如Cu、Ag、ITO等，在长期使用过程中，容易产生刚性金属疲劳弯曲引起裂纹，导致电性能的恶化，从而导致电信号传输失效。最近，华南理工大学刘岚教授团队制备出了具有可修复的液态金属自修复电子。如图8所示，液态金属油墨通过丝网印刷、手写可以制备具有导电修复特性的电子器件，即使电子在使用过程中损伤，也可以自行修复，具有电信号传输特性。该技术极大地丰富了液态金属油墨的内涵[40]。

图7 液态金属印刷电子在功能电子制造领域的应用

图8 液态金属印刷电子在自修复电子领域的应用

4 结语

镓基液态金属导电油墨及其印刷技术是一个崭新的技术革命，也是一种新材料的应用及推广，在我国工信部出台的《重点新材料首批次应用示范指导目录》中，自2017年起连续多年均把液态金属材料列入前沿新材料，由发改委、工信部、科技部、财政部联合制定的《新材料产业发展指南》也将液态金属列为重点扶持方向之一。其次，个性化印刷电子技术的进步，将改变人类对传统印刷产品的理解，通过液态金属油墨，人们甚至可以用自己的桌面喷墨打印机打印所有这些功能器件。比如，通过液态金属印刷的功能器件可以制作感知发射光和声音可洗织物，涂有液态金属薄膜的电子服装可以在太阳下随机发电，建筑物的墙壁可以直接涂成发光二极管，甚至可以涂成太阳能电池，收集太阳能等。许多电子产品将进入快速成型的时代，结合计算机软件、设计好的程序和自动控制打印机，只需选择与特定图案相对应的代码，液态金属油墨就可以以最低的成本快速制造所需的部件，这些改变将带来一个奇妙的电子世界。

[1] 肖爽, 堵永国, 刘其城, 等. 碳系导电油墨中功能相对油墨性能的影响[J]. 电工材料, 2013(1): 27-31.

XIAO Shuang, DU Yong-guo, LIU Qi-cheng, et al. Effect of Functional Phase in Carbon Conductive Ink on the Ink Properties[J]. Electrical Engineering Materials, 2013(1): 27-31.

[2] 单静. 无颗粒型铜导电墨水的制备及成膜研究[D]. 天津: 天津大学, 2013: 2-4.

SHAN Jing. Preparation of Copper Based Particle-Free Conductive Ink and Its Film Formation Investigation[D]. Tianjin: Tianjin University, 2013: 2-4.

[3] 王磊, 刘静. 从电子工业“脊梁”到全面开花的镓元素[J]. 化学教育(中英文), 2019, 40(20): 1-12.

WANG Lei, LIU Jing. Gallium: From the Backbone of Electronic Industry to Full Blooming[J]. Chinese Journal of Chemical Education, 2019, 40(20): 1-12.

[4] 刘静. 液态金属物质科学基础现象与效应[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2019: 1-10.

LIU Jing. Basic Phenomena and Effects of Liquid Metal Matter Science[M]. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 2019: 1-10.

[5] WANG Qian, YU Yang, LIU Jing. Preparations, Characteristics and Applications of the Functional Liquid Metal Materials[J]. Advanced Engineering Materials, 2017, 20(5): 170-178.

[6] 王祯斌. 液态金属辅助的合金化-脱合金化与纳米多孔金属的形成研究[D]. 济南: 山东大学, 2019: 1-3.

WANG Zhen-bin. Study on a Liquid Metal-Assisted Alloying-Dealloying Strategy and the Fabrication of Nanoporous Metals[D]. Jinan: Shandong University, 2019: 1-3.

[7] 巫运辉. 介质模量对柔性导电复合材料电阻-应变行为的影响及性能调控[D]. 广州: 华南理工大学, 2019: 1-29.

WU Yun-hui. The Effect of Medium' Modulus on Resistance-Strain Behaviour of Flexible Conductive Composites and Performance Adjustment[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2019: 1-29.

[8] 刘志远, 刘静. 使中国液态金属研究走在世界前列[J]. 科技导报, 2016, 34(4): 96-100.

LIU Zhi-yuan, LIU Jing. Let China lead the world in Liquid Metal Research[J]. Science & Technology Review, 2016, 34(4): 96-100.

[9] DAENEKE T, KHOSHMANESH K, MAHMOOD N, et al. Liquid Metals: Fundamentals and Applications in Chemistry[J]. Chemical Society Reviews, 2018, 47(11): 4073-4111.

[10] KIM J H, KIM S, SO J H, et al. Cytotoxicity of Gallium-Indium Liquid Metal in an Aqueous Environment[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(20): 17448-17454.

[11] WANG Xue-lin, GUO Rui, LIU Jing. Soft Robotics: Liquid Metal Based Soft Robotics: Materials, Designs, and Applications[J]. Adv Mater Technol, 2019, 4: 13.

[12] DICKEY M D. Stretchable and Soft Electronics Using Liquid Metals[J]. Advanced Materials (Deerfield Beach, Fla), 2017, 29(27): 31.

[13] MATSUHISA N, KALTENBRUNNER M, YOKOTA T, et al. Printable Elastic Conductors with a High Conductivity for Electronic Textile Applications[J]. Nature Communications, 2015, 6: 7461.

[14] 王磊, 刘静. 液态金属印刷电子墨水研究进展[J]. 影像科学与光化学, 2014, 32(4): 382-392.

WANG Lei, LIU Jing. Research Advancement of Liquid Metal Printed Electronics Ink[J]. Imaging Science and Photochemistry, 2014, 32(4): 382-392.

[15] 张昕嫱, 王海龙, 乔标, 等. 液态金属: 有望颠覆电子信息产业的前沿材料[J]. 新材料产业, 2019(7): 40-42.

ZHANG Xin-yi, WANG Hai-long, QIAO Biao, et al. Cutting Edge Materials that are Expected to Subvert the Electronic Information Industry[J]. China Electronic Information Industry Development Research Institute, 2019(7): 40-42.

[16] 魏建红, 官建国, 袁润章. 金属纳米粒子的制备与应用[J]. 武汉理工大学学报, 2001, 23(3): 1-4.

WEI Jian-hong, GUAN Jian-guo, YUAN Run-zhang. Preparation and Application of Metal Nanoparticles[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2001, 23(3): 1-4.

[17] 张配同, 刘宜伟, 郭强, 等. 超声法制备均匀分布的亚微米级镓铟锡合金液态金属微球[J]. 理化检验(物理分册), 2017, 53(10): 701-706.

ZHANG Pei-tong, LIU Yi-wei, GUO Qiang, et al. Uniformly Distributed Sub-Microsized Galinstan Liquid Metal Microspheres Prepared by Ultrasoic Method[J]. Physical Testing and Chemical Analysis (Part A: Physical Testing), 2017, 53(10): 701-706.

[18] 孟秀凤, 孙勇, 赵磊, 等. 功率超声在液态金属成形方面作用及应用[J]. 南方金属, 2007(4): 1-3.

MENG Xiu-feng, SUN Yong, ZHAO Lei, et al. Principle and Application of Power Ultrasonic Treatment in Molten Metal Shaping[J]. Southern Metals, 2007(4): 1-3.

[19] 席小参. 金属镓纳米颗粒光学特性模拟和微纳颗粒合成研究[D]. 马鞍山: 安徽工业大学, 2019: 15-18.

XI Xiao-can. Simulation of Optical Properties of Gallium Nanoparticles and Synthesis of Micro-Nanoparticles[D]. Maanshan: Anhui Universit of Technology, 2019: 15-18.

[20] 林鹏程, 方骏, 范裕丰, 等. 一种液态金属微球及其制备方法与应用: 中国, 110479191A[P]. 2019-11-22.

LIN Peng-cheng, FANG Jun, FAN Yu-feng, et al. Liquid Metal Microspheres as Well as Preparation Method and Application Thereof: China, 110479191A[P]. 2019-11-22..

[21] XIN Yu-meng, HAO Peng, XU Jun,ZHANG Jiu-yang. Ultrauniform Embedded Liquid Metal in Sulfur Polymers for Recyclable, Conductive, and Self-Healable Materials[J].Advanced Functional Materials, 2019, 29: 89-96.

[22] 杨初. 导电油墨的组分设计及流变性能研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2012: 11-15.

YANG Chu. Component Design and Rheological Properties Study of Conductive Ink[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2012: 11-15.

[23] 曹继汉. 印刷电子技术的应用与发展[C]// 2009中国高端2IA学术会议论文集, 2009: 93-103.

CAO Ji-han. Application and Development of Printing Electronic Technology[C]// Proceedings of 2009 China high level 2IA academic conference, 2009: 93-103.

[24] 刘静, 王倩. 液态金属印刷电子学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2019: 15-18, 107-110.

LIU Jing, WANG Qian. Liquid Metal Printing Electronics[M]. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 2019: 15-18, 107-110.

[25] SHALABY R M. Influence of Indium Addition on Structure, Mechanical, Thermal and Electrical Properties of Tin-Antimony Based Metallic Alloys Quenched from Melt[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2009, 480(2): 334-339.

[26] FARRELL Z J, TABOR C. Control of Gallium Oxide Growth on Liquid Metal Eutectic Gallium/Indium Nanoparticles via Thiolation[J]. Langmuir, 2018, 34(1): 234-240.

[27] LIU S, REED S N, HIGGINS M J, et al. Oxide Rupture-Induced Conductivity in Liquid Metal Nanoparticles by Laser and Thermal Sintering[J]. Nanoscale, 2019, 11(38): 17615-17629.

[28] DICKEY M D. Emerging Applications of Liquid Metals Featuring Surface Oxides[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(21): 18369-18379.

[29] REGAN M J, TOSTMANN H, PERSHAN P S, et al. X-Ray Study of the Oxidation of Liquid-Gallium Surfaces[J]. Physical Review B, 1997, 55(16): 10786- 10790.

[30] SELVARAJ V, WOOSUN J, BOK S J, et al. Hydrogen-Doped Viscoplastic Liquid Metal Microparticles for Stretchable Printed Metal Lines[J]. Nature Materials, 2021, 20(4): 533-540.

[31] THOSTENSON E T. The Determination of the Viscosity of Liquid Gallium over an Extended Range of Temperature[J]. Proceedings of the Physical Society, 1936, 48(2): 299–311.

[32] 郎玉婧, 郝洁, 杜秀征, 等. 镓基液体金属在不同介质表面的润湿性研究[J]. 稀有金属, 2021, 45(3): 306-311.

LANG Yu-jing, HAO Jie, DU Xiu-zheng, et al. Wettability of Gallium-Based Liquid Metals on Different Media Surfaces[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2021, 45(3): 306-311.

[33] JOSHIPURA I D, AYERS H R, MAJIDI C, et al. Methods to Pattern Liquid Metals[J]. Journal of Materials Chemistry, C Materials for Optical and Electronic Devices, 2015, 3(16): 3834-3841.

[34] GUO Rui, TANG Jing-bo, DONG Shi-jin, et al. One-Step Liquid Metal Transfer Printing: Toward Fabrication of Flexible Electronics on Wide Range of Substrates[J]. Advanced Materials Technologies, 2018, 3: 65-78.

[35] ZHENG Yi, HE Zhi-zhu, YANG Jun, LIU Jing. Personal Electronics Printing Via Tapping Mode Composite Liquid Metal Ink Delivery and Adhesion Mechanism[J]. Scientific Reports, 2014, 4: 4588.

[36] ZHANG Qin, GAO Yun-xia, LIU Jing. Atomized Spraying of Liquid Metal Droplets on Desired Substrate Surfaces as a Generalized Way for Ubiquitous Printed Electronics[J]. Applied Physics A, 2014, 116(3): 1091-1097.

[37] LI Hai-yan, YANG Yang, LIU Jing. Printable Tiny Thermocouple by Liquid Metal Gallium and Its Matching Metal[J]. Applied Physics Letters, 2012, 101(7): 073511.

[38] 刘静, 王磊. 液态金属3D打印技术: 原理及应用[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2019: 15-18.

LIU Jing, WANG Lei. Liquid Metal 3D Printing Technology[M]. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 2019: 15-18.

[39] ZHENG Rong-min, PENG Ze-fei, FU Ying, et al. A Novel Conductive Core-Shell Particle Based on Liquid Metal for Fabricating Real-Time Self-Repairing Flexible Circuits[J]. Advanced Functional Materials, 2020, 30: 1-8.

[40] ZHENG Rong-min, PENG Ze-fei, FU Ying, et al. A Novel Conductive Core-Shell Particle Based on Liquid Metal for Fabricating Real-Time Self-Repairing Flexible Circuits[J]. Advanced Functional Materials, 2020, 30: 1-8.

Gallium Based Liquid Metal Conductive Ink and Its Graphic Application

WANG Xu-hong1, LI Xiao-dong1, ZHANG Jun-ling1, WU Yun-hui2

(1.Dongguan Polytechnic, Guangzhou Dongguan 523808, China; 2.Dongguan University of Technology, Guangzhou Dongguan 523808, China)

This paper aims to put forward the basic approach to developing liquid metal conductive ink and its importance of the development of information industry. This paper discussed the preparation method of conductive ink, the physical properties of liquid metal particles, the pattern of liquid metal ink and its application, and comprehensively summarized the technical status of liquid metal conductive ink and deepened its understanding. The results show that the liquid metal-based conductive ink is 50 times lower in price compared to the current gold-silver based conductive ink. Graphical printed electronics based on liquid metal conductive ink is developing rapidly in the fields of intelligent anti-counterfeiting packaging, flexible electronics, and biomedicine application. Gallium-based liquid metal conductive ink and its printing technology is a new technological revolution, which has important research value and economic significance.

conductive ink; liquid metal; graphical

TB383；O614.122

A

1001-3563(2022)07-0282-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.037

2021-09-27

东莞市社会科技发展项目（2020507156695）

王旭红（1980—），女，硕士，东莞职业技术学院讲师，主要研究方向为印刷包装材料与工艺。

责任编辑：曾钰婵