以下文章來源于先進(jìn)功能材料，作者JLE君凌聚合物

隨著物聯(lián)網(wǎng)與可穿戴技術(shù)的發(fā)展,柔性電子器件已成為未來電子器件發(fā)展的主流趨勢(shì)。其中，以柔性聚合物為襯底，以金屬薄膜、石墨烯、導(dǎo)電墨水等導(dǎo)電材料為導(dǎo)體的柔性電路是柔性電子器件發(fā)展的關(guān)鍵組成部分。具有質(zhì)量輕、厚度薄、柔軟可彎曲甚至可拉伸等特點(diǎn)，在智能穿戴電子、柔性顯示、醫(yī)療器件、運(yùn)動(dòng)監(jiān)控、柔性能源器件、電子皮膚等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

柔性電路一般由導(dǎo)電體和彈性體組成,其中導(dǎo)電體材料包括傳統(tǒng)的金屬薄膜和導(dǎo)電銀漿，透明導(dǎo)電氧化物墨水，金屬納米線、石墨烯、碳納米管等新型納米晶墨水，以及完全柔性的液態(tài)金屬等。

一、金屬薄膜

金屬薄膜的電導(dǎo)率約為105S·cm-1，是傳統(tǒng)電子電路首選的導(dǎo)電材料。但是金屬的彈性模量韭常大（接近102GPa），因此以金屬薄膜作為導(dǎo)電材料是柔性及可拉伸電路領(lǐng)域內(nèi)的一大挑戰(zhàn)。

柔性電路中的金屬薄膜一般采用銅(Cu)或者金(Au)通過黏合劑粘合、打印、印刷、濺射、電子?xùn)|蒸發(fā)等方法沉積到柔性或超彈性襯底上。柔性電路板的襯底一般選取聚酰亞胺塑料、聚醚醚酮或透明導(dǎo)電滌綸等具有優(yōu)異彎折性能的高分子材料?，F(xiàn)今，隨著可穿戴技術(shù)的發(fā)展，柔性電路已經(jīng)不再僅僅局限于可彎折，它的發(fā)展方向是可拉伸、壓縮、彎曲等。

美國弗吉尼亞大學(xué)的Baoxing Xu課題組采用水溶性聚乙烯醇膜（Polyvinylalcohol，PVA）作為彈性襯底、金屬Au膜為導(dǎo)電線路制備了波浪形電路結(jié)構(gòu)，并利用其將溫度傳感器、EMC 傳感器、應(yīng)力傳感器等電子元件連接在一起發(fā)展了多功能類皮膚電路。

此外，一些研究者也采用預(yù)拉伸-薄膜沉積-釋放的形式來制備具有較大拉伸形變能力的金屬薄膜電路。例如，美國加利福尼亞大學(xué)的Joshua Kim及合作者選取Ecoflex（PBAT）作為彈性襯底、Au膜為導(dǎo)電體，通過預(yù)拉伸的方式構(gòu)建了具有褶皺結(jié)構(gòu)的可拉伸電路。

二、納米晶墨水

典型的納米晶墨水是將納米導(dǎo)電材料分散于溶劑中而制成的，可以通過印刷、旋涂、噴涂等方法制備柔性電路，無須高溫、真空操作，并且較為節(jié)省原料。納米導(dǎo)電材料主要包括透明導(dǎo)電氧化物(TCOs)、金屬納米線(NW)、石墨、碳納米管(CNTs)等，可以采用比較簡單的方法溶解于價(jià)格低廉的溶質(zhì)中以制備導(dǎo)電墨水。由于納米晶材料尺寸非常小，因此可以制備非常小的電路，甚至一些有透明性要求的光學(xué)電路和器件。

1. 透明導(dǎo)電氧化物墨水

通過現(xiàn)有的真空濺射工藝在柔性基板上制備氧化鋼錫（ITO）導(dǎo)電膜時(shí)難以控制其電極電路圖形，并且成品率一般低于30%，因此，迫切需要發(fā)展可以薄膜濺射沉積的替代工藝和傳統(tǒng)ITO導(dǎo)電膜的替代電極。

透明導(dǎo)電氧化物墨水是一類基于常見的寬帶隙金屬氧化物材料（如ITO、摻氟的鈦氧化物(FTO)和鋁摻雜的鋅氧化物(AZO)等）所配制的墨水材料，具有良好的光學(xué)透明性和導(dǎo)電性能?？梢杂∷⒊銎交瑹o裂紋、高透明性和高導(dǎo)電性的薄膜。

2. 金屬納米線墨水

隨機(jī)納米線網(wǎng)絡(luò)具有高透明性和電導(dǎo)率，在可穿戴電子、機(jī)器人皮膚、植入醫(yī)療器件、柔性和可拉伸顯示器以及OLED等的柔性和可拉伸線路上具有廣泛的應(yīng)用。特別是金屬納米線墨水，由于制備方法簡單而具有非常大的應(yīng)用潛力。

銀納米線具有良好的導(dǎo)電性和柔順性，是制備彈性導(dǎo)電體的理想導(dǎo)電體材料?；瘜W(xué)還原法是合成銀納米線墨水的典型方法之一，通過這種方法獲得的銀納米線可以分散在水、乙醇、異丙醇等各種溶劑中。以此方法制備的柔性電路，其初始電導(dǎo)率為8130S·cm-1，拉伸50%后電導(dǎo)率變?yōu)?285S·cm-1。

銅納米線也是常見的金屬納米線。但是由于銅納米線易氧化，因此其導(dǎo)電性不穩(wěn)定。

3. 石墨烯墨水

石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，具有超薄、超輕、超高強(qiáng)度、高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和透光性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。這些特性使得石墨烯在印刷電子產(chǎn)品中具有很大的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在也有大量的研究將石墨烯制成導(dǎo)電墨水用于噴墨打印技術(shù)中。通過噴墨打印技術(shù)將石墨烯噴印在基材上，可制成柔性透明導(dǎo)電薄膜，傳感器，超級(jí)電容器，射頻天線等電子器件。石墨烯中存在著自由電子，因此具有優(yōu)越的導(dǎo)電性，常溫下其電子遷移率超過1.5x104cm2V-1s-1，比納米碳管或硅晶體更高，而電阻率只有10-6Ω·cm-1，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。高導(dǎo)電性、良好的穩(wěn)定性以及納米片層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都決定了石墨烯可作為優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電填料應(yīng)用于導(dǎo)電墨水中，石墨烯墨水很好的解決了傳統(tǒng)的碳基墨水導(dǎo)電率低的問題，并且在制作配方上易與打印機(jī)兼容。

4. 碳納米管墨水

碳納米管可以認(rèn)為是由單層石墨烯卷曲而成的管狀碳基納米結(jié)構(gòu),具有載流子遷移率高、導(dǎo)電性和機(jī)械柔性好等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是柔性電子器件中所使用的重要材料之一。一般來說，碳納米管本身會(huì)呈現(xiàn)團(tuán)聚的趨勢(shì)，但通過化學(xué)改性或采用表面活性劑、纖維素或?qū)щ姼叻肿拥仍鋈芴砑觿┻M(jìn)行摻雜后，可以極大地提高其在常規(guī)溶劑中的分散度，從而制備導(dǎo)電墨水。

三、液態(tài)金屬

基于鎵和鎵的合金的液態(tài)金屬具有天然的室溫流體特性以及非常高的金屬電導(dǎo)率，可用于制備柔性金屬導(dǎo)線。液態(tài)金屬導(dǎo)線的制備主要有以下三種方法：

（1）注射法，即先通過微電子加工等工藝制備電路要求形狀的模具凹槽，再用注射器注射液態(tài)金屬流體后封裝成型，這種制備方法較復(fù)雜；

（2）通過超聲的方式制備液態(tài)金屬墨水，如在水或者乙醇等液體中利用超聲波振蕩將液態(tài)金屬分散為微米級(jí)金屬顆粒，然后將其直接沉積到紙質(zhì)襯底或者PDMS等彈體獲得液態(tài)金屬薄膜。但是，這種所形成的液態(tài)金屬顆粒表面通常會(huì)包裹一層若干納米厚度的氧化鎵絕緣層，需要通過機(jī)械應(yīng)力刻劃等方式將顆粒氧化絕緣層劃破以露出內(nèi)部的液態(tài)金屬，從而使各個(gè)顆粒之間重新形成導(dǎo)電回路進(jìn)而繪制出電路圖形。

（3）由于液態(tài)金屬表面張力較大、浸潤性較差，所以很難作為墨水直接通過噴墨打印的方式實(shí)現(xiàn)柔性電路的圖形化制備。針對(duì)這一問題，清華大學(xué)的劉靜課題組設(shè)計(jì)開發(fā)了可打印的液態(tài)金屬墨水以及專門的打印裝備，可以把液態(tài)金屬直接打印到柔性襯底上。

四、其他材料

除上述幾種導(dǎo)電材料以外，還有其他的一些導(dǎo)電材料可以用來制備柔性電路如商業(yè)化的導(dǎo)電銀漿以及將金屬顆粒分散于溶劑中所制備的導(dǎo)電墨水等。

五、結(jié)語

（1）金屬膜和納米晶墨水是最常見的導(dǎo)電材料金屬薄膜的電導(dǎo)率較高但是其拉伸性能受限，可用于不需拉伸或者拉伸率較?。?100%）的柔性電路。

（2）利用納米晶墨水制備柔性電路的方法很多且較簡單，成本也較低，缺點(diǎn)是其電導(dǎo)率相對(duì)于金屬薄膜較低。

（3）以液態(tài)金屬為墨水制備的柔性電路的電導(dǎo)率最高，方塊電阻遠(yuǎn)低于前面幾種導(dǎo)電材料，而且本身的流動(dòng)性也不會(huì)限制彈性體的拉伸特性；但是目前制備液態(tài)金屬柔性電路的方法較少且必須進(jìn)行封裝才能使用，在未來還有待進(jìn)一步研究。