一、引言：柔性傳感時代的理想導電材料

隨著人工智能可穿戴技術的快速發展，柔性傳感材料因具備可拉伸、可壓縮、可扭曲的特性而備受關注。這類材料需要在外界信號刺激下做出靈敏響應，同時保持輕巧便攜和生物相容性。在眾多導電填料中，碳基材料導電性有限，傳統金屬導體在反複彎折中易疲勞斷裂。镓基液態金屬（LM）憑借其卓越的導電性（約3.4×10⁶ S/m）、導熱性、流動性和近乎為零的蒸氣壓，成為替代傳統金屬導體的理想候選。然而，LM一個最突出的物理特性——極高的表麵張力，既是其能夠保持形態穩定的基礎，也是將其與柔性基體複合時麵臨的最大障礙。本文將從表麵張力這一核心視角出發，係統梳理LM柔性傳感材料的三種製備方法、應用進展及回收策略。

二、表麵張力：镓基液態金屬的“雙刃劍”

镓基液態金屬的表麵張力極高。如表1所示，純镓（Ga）的表麵張力為711 mN/m，镓-銦合金（EGaIn）為624 mN/m，镓-銦-錫三元合金（GaInSn）為718 mN/m。作為對比，水的表麵張力約為72 mN/m，普通有機溶劑更低。如此高的表麵張力意味著LM液滴傾向於收縮成球形，很難在柔性基體表麵自發鋪展或浸潤。這一特性在直接結合法中表現得尤為突出：當LM通過塗敷、注射等方式與聚合物基體結合時，由於表麵張力大、流動性強，LM極易發生團聚和脫落，嚴重影響傳感材料的性能穩定性，甚至導致器件失效。

正是為了克服高表麵張力帶來的分散難題，研究人員發展了液滴法和LM引發劑法，通過化學手段“馴服”液態金屬。

三、直接結合法：簡單高效但受困於表麵張力

直接結合法是最早采用的製備策略，包括塗敷、微通道注射和熱膨脹等技術。例如，Chen等人將LM塗覆在沉積了聚甲基丙烯酸酯粘膠層的PU纖維表麵，製成的複合纖維拉伸至500%應變仍保持優異導電性。Yu等人通過微流控紡絲和注射方法製備了PU殼-LM芯的微纖維，可用作動態力傳感器。Xu等人利用可膨脹微球的約束熱膨脹，研製出超拉伸（800%）的LM泡沫彈性體複合材料。

這些方法的優點是工藝簡單、成本低，能充分發揮LM的導電性能。但缺點同樣明顯：由於LM的高表麵張力，它與柔性基體的界麵結合力弱，在反複形變過程中LM容易從基體中分離、聚集，導致導電網絡破壞。這也是直接結合法麵臨的核心瓶頸。

四、液滴法：化學鍵合破解表麵張力困局

液滴法的核心思想是將LM通過超聲分散成微納米級液滴，並利用液滴表麵形成的氧化镓（Ga₂O₃）層與聚合物中的官能團發生化學作用，形成穩定的核殼結構。這一方法有效克服了LM的高表麵張力，實現了均勻分散。

具體而言，超聲產生的空化效應將LM打散成微小液滴，液滴表麵的Ga³⁺離子可以與帶有羧基、羥基等官能團的聚合物發生靜電吸附、配位或絡合反應。例如，Li等人將LM在海藻酸鈉溶液中超聲處理，海藻酸鹽中的羧基與Ga³⁺配位，形成微凝膠殼包裹的LM液滴，分散穩定性超過7天。Shuang等人利用羧基CNT與Ga³⁺的絡合反應製備了高度穩定的CNT@LM液滴，沉降30天無明顯沉澱。Lin等人將聚（1-十八烯-alt-馬來酸酐）與LM混合超聲，馬來酸酐水解後與LM納米顆粒相互作用，疏水烴鏈防止顆粒聚集和氧化。

此外，液滴法還可通過調控LM在基體中的分布狀態實現傳感性能的智能調控。例如，將LM液滴嵌入聚氨酯海綿中，可實現從絕緣到導體的顯著電阻變化；Xin等人將LM納米顆粒引入微孔聚合物，在拉伸時LM連接形成導電通路，撤去外力後恢複絕緣。Wang等人利用LM在低溫凝固膨脹的特性，實現了溫度控製的絕緣-導體可逆轉換。

五、LM作為引發劑法：聚合反應中同步解決分散難題

LM微納米液滴在超聲條件下可以引發開環聚合或原位自由基聚合，這一方法不僅合成了聚合物基體，還同步將LM均勻封裝其中，從根本上避免了LM的團聚。

開環聚合方麵，Li等人將LM在ε-己內酯中超聲處理，LM作為陽離子引發劑打開內酯環，聚合形成聚內酯殼包裹的LM液滴，最終轉化為固體粉末。原位自由基聚合方麵，Wei等人將自由基聚合引發劑附著在LM液滴表麵，通過聚合反應形成聚合物刷/LM納米液滴，表現出高膠體穩定性和良好的再分散性。Peng等人將碳納米管與LM複合形成LM@CNTs，在室溫下引發水溶性乙烯基單體的自由基聚合，快速製備多功能水凝膠，無需額外引發劑和交聯劑。

這些方法的共同特點是：在聚合過程中，LM的高表麵張力被聚合物鏈的包裹所抵消，LM得以穩定分散在基體中，同時增強了與不同材料的相容性。

六、應用與回收：表麵張力再次扮演關鍵角色

基於上述製備方法，LM柔性傳感材料已廣泛應用於可穿戴健康監測、觸覺傳感、人機交互等領域。例如，將LM作為填料的彈性體複合材料在拉伸時形成導電通道，可用於測量脈搏、呼吸等生理信號。Wu等人開發了可直接在服裝上打印功能電路的LM油墨。Hoang等人將磁性Ni摻雜LM與有機矽複合，賦予材料自愈合功能。

值得一提的是，LM的高表麵張力在回收利用中反而成為優勢。由於LM表麵氧化層在酸性或堿性環境中被溶解，其表麵張力立即增大，使得LM液滴在機械攪拌下自發聚集合並，從而與彈性體基體分離。He等人的實驗表明，在1 mol/L HCl溶液中攪拌並超聲處理，LM的回收效率可達98%。Chen等人利用堿液去除氧化物後回收率也達到89%。這種基於表麵張力變化的回收策略，為柔性電子產品的可持續發展提供了重要途徑。

七、挑戰與展望

盡管LM在柔性傳感材料領域取得了顯著進展，但仍麵臨三大挑戰：其一，穩定性問題——由於高表麵張力，LM在反複使用後仍可能在複合材料內部聚集；其二，成本問題——LM價格較高，雖然回收可行，但液滴法和引發劑法製備的材料回收難度較大；其三，安全性問題——LM與人體直接接觸時需確保體係密封性和穩定性。

展望未來，需要加強多學科合作，進一步優化LM與基體的界麵結合策略，開發低成本、高效率的回收技術，並建立完善的生物安全性評價體係。液態金屬有望成為柔性電子技術的重要驅動力，為人機交互、智能醫療等領域帶來突破性創新。