基于镓基液态金属的柔性传感的研究进展

Research progress on flexible sensing based on gallium-based liquid metals

摘要：镓基液态金属（Gallium-based liquid metal，Ga-LM）具有高导电性、高拉伸性、高生物相容性和低毒性等优异性能，在柔性电子领域表现出巨大的应用潜力。然而由于Ga-LM特殊的流变性和氧化性，在控制成型和实际应用方面带来了一定的挑战。基于此，本文综述了Ga-LM在柔性传感领域研究与应用进展，介绍了Ga-LM传感器的不同基底特性及成型工艺，并分析了各自对应的优势、存在的问题和解决方案，旨为Ga-LM在柔性传感器领域的进一步研究和应用提供经验与参考。

关键词：

镓基液态金属;柔性传感器;智能可穿戴;柔性基底;液态金属的成型;印刷

中图分类号： TS101.8; TP212.6

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2025）02期数-0045起始页码-09篇页数

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2025.02期数.006（篇序）

近年来，随着新材料和新工艺的不断涌现，柔性传感技术的发展在国内外科研界和产业界呈现出蓬勃的态势，并得到了众多行业的广泛关注。柔性传感器件集机械灵活性和智能电子功能于一体，与传统的刚性电子产品相比，已经在医疗健康、运动监测、人机交互和数据通信等领域有了长足的应用和发展。但在柔性传感器件的制作过程中，不仅要考虑电子器件的物理稳定性，还要考虑使用者的舒适性和安全性，尤其是在人体运动的过程中不仅要保证传感器紧贴皮肤并实现拉伸和弯曲，还要保持性能稳定并实现精准检测。目前，采用传统材料制造的传感器件往往无法兼顾上述性能，且制造期间通常需要昂贵的设备、复杂的步骤、高标准的操作环境，这些因素也限制了柔性传感器的大规模制造和使用。

针对上述问题，材料的优化提供了一条创新的途径。镓基液态金属（Ga-LM）作为新一代先进电子材料，以其固有的高导电性（3.4×10⁶"S/m）、良好的环境稳定性、近乎不计的毒性^［1］及特有的流动性，成为柔性传感器制造的理想候选材料之一。因此，本文旨在综述Ga-LM在柔性传感技术领域的研

究进展，探讨其存在的问题和挑战，并展望未来的发展方向。首先，本文通过对Ga-LM传感器的柔性基底进行分类，不同的柔性基底材料对传感器的性能、稳定性及应用领域有着重要影响，这将有助于加深对Ga-LM柔性传感器工作原理的理解;其次，对Ga-LM的成型方式进行归纳分析，成型方式的选择不仅关系到传感器的制备工艺和成本，还直接影响到传感器的性能表现和制备效率，这将促进传感器性能的进一步优化和提升。

1"G-LM柔性传感器的基底材料

基底材料是决定传感器性能的关键^［2］，因此对柔性基底材料的研究已成为现阶段柔性传感器领域的研究热点。基于此，本文对于常用的Ga-LM柔性传感器的基底材料进行了分类，主要分为薄膜基底材料、纺织基底材料和其他（如纸基、水凝胶等）基底材料，具体类型如图1所示。各种基底Ga-LM传感器的具体性能如表1^［3-12］所示。

1.1"薄膜基底材料

传统的柔性电子器件通常由笨重的金属和坚固的复合材料组成，不能满足灵活柔软的要求。而聚合物材料制备的薄膜基底具有显著的电绝缘性、热稳定性、低弹性模量和低蠕变性等^［13］，且易于电子器件结合的特性为其与功能纳米材料结合和柔性传感器的多功能设计提供了条件，使其逐渐成为柔性传感器基底材料的理想选择。

1.1.1"聚二甲基硅氧烷（PDMS）

PDMS是一种有机高分子聚合物，由于其稳定的化学性质、生物相容性和热稳定性，所以逐渐成为柔性电子器件领域广泛使用的基底材料。除此之外，研发者可以通过表面改性或调整分子组成等技术手段来改变PDMS的某些物理或化学性质，从而实现柔性传感器性能的进一步提升^［14］。

Yuan等^［15］利用旋涂法制备改性PEIE-PDMS膜作为该传感器的柔性基底，其杨氏模量从1 MPa提高到12.04 kPa，断裂伸长率从70%提高到270%，在柔韧性和断裂伸长率方面明显表现出更好的力学性能，最终使传感器能够契合人体皮肤变形，进而达到收集、输送、储存和检测汗液的目的。Wang^［16］等将Ga-LM与PDMS混合并制备的薄膜的杨氏模量比纯PDMS薄膜的低约10倍，之后利用空气压力控制针管注射器，在柔性基底上印刷出蛇形结构的电路。该可加热传感器具有高拉伸性（gt;100%应变）和良好的导电性（1.81×10³"S/cm），同时具有良好的电学和热学稳定性。

1.1.2"苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物（SBS）

SBS是世界上产量最大、成本最低的热塑性弹性体，其具备优良的柔韧性和抗低温性能是导电弹性体材料理想的基底材料。SBS薄膜具有大拉伸、可再加工性和能够改性成各种定制形状变形弹性体的优点，同时其独特的微结构还具有优异的形状恢复性。

Ma等^［4］利用静电纺丝制备厚度约320 μm、断裂应变2 300%的SBS纳米纤维膜，该基底为网状多孔结构，表现出优异的渗透性和拉伸性。之后通过简单的涂覆法将Ga-LM印刷到纳米SBS膜的表面，最后在大应变下反复拉伸获得同时具有高电导率（1×10⁴"S/m）、高稳定性（Q值为441）的弹性导体。Tang等^［17］开发了多层电路转印文身技术设计了一种有三层结构的电子文身，其中的导电层是以具有支撑力且电绝缘的SBS弹性体为基底，通过丝网印刷高浓度Ga-LM颗粒墨水来制备电路。该电路层厚度仅为14 μm，最大应变可达800%，在1 000次50%应变循环测试中，电路层的导电性和机械特性依然保持稳定。

1.1.3"脂肪族—芳香族无规共聚酯（Ecoflex）

Ecoflex是一种铂金催化硅胶，具有弹性好、防水和可降解的优良性能。在柔性电子学领域，Ecoflex具备低模量和高拉伸性能（900%）的特点，同时也被认定为皮肤相容和环境友好型材料，因此得到了广泛的研究。

Yeh等^［18］将Ga-LM封装在一个仿生鲨鱼皮的Ecoflex微结构中，独特的Ecoflex表面形态赋予了基底疏水性，这防止了在传感过程中Ga-LM黏附，并有助于高灵敏度的信号实时监测和长期稳定性。Kouediatouka等^［5］在PDMS/Ecoflex共混物基体上制备了CNTs/Ga-LM复合涂层。该传感器在较低和较高施加的压力应变下表现出较强的灵敏度和可恢复性，灵敏度（GF）为20.6（ε=10%）至57（ε=30%），并且响应时间相对较快（70 ms）。

随着技术手段的发展，各种新型高分子聚合物材料层出不穷，尤其在人体皮肤和柔性传感领域备受青睐，但由于Ga-LM与弹性体之间存在化学性质的差异导致黏附在基底表面的Ga-LM裂纹、起皱等问题频发。研究人员也在积极寻求解决方式，Wang等^［19］通过先浇铸固化后剥离活化Ga-LM颗粒的技术，构建了具有电稳定性和强界面结合的导体，有效地改善了界面黏附特性（流体—固体界面黏附力从0.48 mN/mm²增加到0.62 mN/mm²）。另外，由于部分聚合物薄膜通常具有导热性较差、机械强度和刚性较低的缺点，因此在进行设计和制作传感器时要考虑使用的环境和条件，择优选择柔性基底或构建Ga-LM复合材料，实现Ga-LM与基底之间的强界面结合以进一步达到长期循环稳定性。

1.2"纺织基底材料

各种柔性传感器在实际使用时往往需要进行外部封装，因此透气透湿性和舒适性会受到一定程度的损害。为了使传感器件保持柔软、透气与生物相容的优良特性，具有独特结构和功能的纺织基底逐渐被用于各种领域。纺织基底主要以纤维、纱线和织物的形式作为传感器的基底材料，相比于其他基底材料制备的柔性传感器来说，不仅可以实现准确的信号捕获和监测，还可以确保消费者日常使用的舒适性^［20］，更加具备灵活便捷、易于集成和灵敏度高等方面的显著优势。

1.2.1"纤维基底

纤维基柔性传感器可以较为简便地集成到织物服装当中，且可以随意地被压缩、扭曲、变形，能更好地贴于人体皮肤等三维凹凸不平的曲面上^［21］。制造Ga-LM复合纤维的典型方法主要有三种，分别是将Ga-LM注入到中空纤维中，将Ga-LM覆盖在纤维表面或将Ga-LM直接拉伸成纤维^［22］。

Gu等^［23］将Ga-LM注入到中空SBS纤维中，制备了具有静态和动态应变传感功能及超稳定电性能（10 000次循环保持稳定）的高柔性传感纤维，并进一步设计出一种可进行人机交互的无线智能手套，具有低成本、高集成度的优良特点。Liang等^［24］分别在聚酯纤维和碳纤维外层喷涂Ga-LM，开发出具有芯鞘结构的柔性智能Ga-LM纤维。这些Ga-LM纤维的横截面呈环状结构，表面光滑，其电导率高达7.8×10⁴"S/m，可以用于弯曲传感器、触摸传感器和手势传感器等多个领域。Ma等^［25］利用Ga-LM优异的延展性将其固定为3D螺旋结构的导线，再通过浸涂和水浴的方法在导线外部薄涂一层聚氨酯（PU），从而提供了一种有效的方法来制备超细Ga-LM纤维。使用这种方法制备出的Ga-LM导电纤维具有1 273%的高断裂应变，在283%应变以上能够保持恒定的电导率。

1.2.2"纱线基底

纱线是纺织品的基础组成单元，基于纱线基底的柔性传感产品可以实现拉伸、弯曲等动作。传统的制造导电纱线的方法之一是涂覆法，即将导电材料作为涂层附在纱线表面，这种方法简便快捷、成本较低且克服了难以弯曲和拉伸的缺陷^［26］，是较为常用的制造方法。

Uzabakiriho等^［27］通过两次静电纺丝技术制备了一种具有三层结构的先进纳米纱线。该导电纱线具有高机械强度（40 MPa）和高应变（548%）的特性使其在组装应变传感器方面具备明显优势。Dou等^［7］通过简单的摩擦纺纱技术制成了一种Ga-LM/CNTs/PET复合纱线，该多层复合纱线具有较宽的应变范围（0～200%）和高电导率（3.8×10⁵"S/m）。同时，这种多层结构赋予了传感器良好的传感性能（在175%～203%的应变下GF为6.7）和可恢复性（1 000次循环），不仅可以用于日常传感监测，也为各种机械刺激下的多模态监测提供了很大的应用空间。

1.2.3"织物基底

纺织基柔性传感器具有亲肤、透气及自适应人体结构变化的特性，在可穿戴设备领域展现出独特的优势。集成Ga-LM织物传感器的方法有多种，可以通过将Ga-LM印刷或涂覆到基材纺织品的多孔结构中来制造，亦可通过将Ga-LM导电纱线经过各种纺织或刺绣工艺的方法集成到织物传感器。

Kwon等^［28］提出了一种简单且可控的方法，通过使用Ga-LM来涂覆织物，以促进液态金属铜合金（Ga-LMCu）颗粒的沉积。这款涂层在多次使用后依然保持其效能，具备出色的抗污染能力，能够有效抵御液滴和气溶胶的侵蚀。Lin等^［29］利用所得到的Ga-LM纤维，通过数字化刺绣工艺将预先设计好的图案准确地转移到现有服装上，得到具有无线电力传输和通信功能的电子纺织品。该传感器具有高灵敏度（13.56 MHz时Q值达到44.4）、耐磨性（弯曲超过24 000次，电阻变化小于2%）和可洗涤性（机洗超过10 h，电阻变化小于3%）。

综上所述，纤维作为柔性传感器的重要的主体材料之一，能保持优良的柔韧性和结构稳定性，对应力应变响应灵敏^［30］。然而，纤维通常机械强度较低和尺寸稳定性不佳而限制了其应用的范围。与之相比，纱线因具有更高的韧性和线密度^［31］而更广泛应用于柔性传感器制造，也可进一步通过编织、针织、刺绣和缝合等工艺^［32］制备出性能更优的传感器。单层织物可以通过层压、集成等组装成多层、多维度的织物，其更加立体的空间结构可以使织物传感器实现多点采集、多效推进，从而制备出更理想的电子智能纺织品并展现出多功能传感应用上的优势。但Ga-LM易在反复拉伸和使用过程中导致外层导电材料脱黏和剥离，从而使传感效果劣化。基于这种情况，可采取外层封装技术^［33］或使用改性Ga-LM来降低自身流动性并提高黏附性能。

1.3"其他基底材料

在柔性传感器的各种基底中，纸基是最廉价易得的一种。同时由于各种材料的开发和结构的变化，纸基已逐渐具备导热性、导电性、可降解性和稳定性等多种优良特性。Li等^［9］借鉴剪纸结构制备了一种液态金属纸基电极，这种电极的电导率达到3.1×10⁵"S/cm，由于其具备特殊结构，所以在不同的变形类型下表现出稳定的导电性，包括拉伸、扭曲和弯曲等。Kim等^［10］利用Ga-LM选择性润湿性能，最终成功地将LM在纸上图案化。该纸基Ga-LM电路可以承受至少2 000次折叠，电导率约为3.5×10⁴"S/cm。

水凝胶是亲水聚合物的三维（3D）交联网络，可以吸收和保留大量的水，它的出现为柔性传感器提供了一个优良的基底选择。Peng等^［12］发现CNTs和Ga-LM结合形成的复合物所制备的水凝胶具有超拉伸性（1 200%）、高拉伸强度（0.96 MPa）、出色的应变敏感性（GF=15.40，ε=300%～500%）和快速响应（649 ms）等特点，可以用于人体各个部位的运动传感器。Hao等^［34］利用聚丙烯酰胺—甲基丙烯酸共聚物［P（AAm-co-MAAc）］为基体制作水凝胶，并在其上面通过模板印刷使Ga-LM形成图案。最后得到的软体电子设备（HSE）具有自成形能力，可以固定在具有几何曲面的物体或器官上。

随着技术手段的提高，各种新兴基底材料相继涌现。然而每种材料都有其局限性，如纸基虽制备工艺简单，但易损耗且防水性较差;水凝胶基底虽制备工艺成熟可控，但易使肌肤过敏、生物降解性较差。为了克服这些缺点，研究人员正在探索通过改进纸基材料的结构和处理工艺，如添加防水涂层或增强纤维结构，来提高其耐用性和防水性;同时也在寻找更安全、更环保的材料来替代水凝胶中的敏感成分，并探索通过改变水凝胶的交联方式和结构^［35］，提高其生物降解性和降低过敏风险。

2"Ga-LM的成型方法

Ga-LM的成型是实现柔性传感器功能化的关键工艺步骤。基于Ga-LM独特的物理化学性质，研究人员设计和探索了不同的Ga-LM柔性电路的制作方法。到目前为止，印刷方法是最核心的技术。印刷技术不仅充分发挥了Ga-LM材料的优势，还为实现柔性电路的规模化生产与应用奠定了坚实基础。除了印刷技术之外，还存在微流体技术、烧结法等多种方法，如图2所示。

2.1"印"刷

鉴于Ga-LM材料本身所具备的流动性和黏附性特点，以及印刷技术在低成本、个性化、低能耗、环保等方面具有明显优势，使得印刷方法成为制造Ga-LM柔性传感器最为普遍的技术手段。在众多印刷技术中，直接印刷、丝网印刷及增材制造等方法均得到了广泛的应用。

2.1.1"直接印刷

直接印刷是使Ga-LM快速图案化的最简单方法，如图2（a）^［40］所示，其具体操作是直接涂覆或使用笔状工具将Ga-LM写在基底上。Wu等^［40］将Ga-LM挤压在预沉积的静电纺丝膜上，制造出分辨率仅有50 μm的电路。该薄膜传感器表现出580%的拉伸应变，电阻从初始到500%应变仅变化5.89倍。Rahim等^［41］开发了单宁酸稳定的Ga-LM油墨，用于各种软硬基底。该油墨可以用直径约为700 μm圆珠笔直接书写在各种软硬基底上，实现了高分辨率螺旋导电图案的手动和自动印刷。直接印刷的方法操作快捷安全、成本较低，可控性较高，适合制备图案简单的平面基底柔性传感器，其传感效果与Ga-LM油墨的材料组成、物理化学性质及油墨与基底的黏合程度密不可分。

2.1.2"增材制造

增材制造是一种通过逐层堆积Ga-LM材料来构建三维电路结构新兴技术，如图2（b）^［42］所示。与传统方法相比，增材制造可以极大地保存图案的完整性和复杂性，缩减单个电子产品的制造时间，提高电路图的精准度和分辨率。Park等^［42］使用普通玻璃毛细管通过拉管机加工而成的精细喷嘴进行Ga-LM打印，通过协调气动压力和移动打印平台的操作可以实现最小线宽为1.9 μm的Ga-LM的精确图案化，甚至在扭结或弯曲图案的拐角处获得均匀的线宽。该研究已经证明了增材制造具有创建小型化、高分辨率和集成的电路的能力。然而，鉴于Ga-LM的高表面张力及较弱的润湿性，当进行打印操作时，Ga-LM更易于形成球形液滴而非连续性的线条^［43］。这一现象不仅影响了打印过程的稳定性，也会最终对传感器的形态和性能产生显著影响。基于这种情况，研究人员通过调整增材制造过程中的流量、压力和机器结构等参数来优化打印过程中的材料流动性和分布均匀性，也可在Ga-LM油墨中掺杂其他分子材料^［44］来改进印刷油墨的性能。

2.1.3"丝网印刷

丝网印刷又称掩模印刷，如图2（c）^［45］所示，具体操作是通过刻有特定图案的模板，可以使用刮刀或辊轮将Ga-LM油墨有选择地刮涂到各种基底材料上。Wang等^［44］将通过静电纺丝技术获得热塑性聚氨酯（TPU）纳米纤维膜作为柔性基底，然后利用模板印刷在基底上构造LM图案化电路。丝网印刷灵活高效，印刷出的图案厚度较为均匀，其分辨率取决于印刷基板上刻口的尺寸精度。为了保持人工刮涂压力的均匀性，Guo等^［45］选择将万能测力仪固定在刷子上进行后续操作，Sun等^［46］使用旋涂机对Ga-LM进行模板印刷，这些方法都是为了均匀施加压力，有助于去除多余的Ga-LM来保持图案的完整性。

2.2"微流体技术

近些年来，微流体技术由于其低能耗、低样品消耗率、高便捷性及快速精确等巨大优势备受瞩目。微流体研究是Ga-LM图案化不可或缺的一部分，而应用于Ga-LM领域的微流体技术主要有两种，微通道注入和精准控制Ga-LM液滴^［47］，具体操作如图2（d）^［48］所示。

将微流体技术与柔性传感器件集成的最基本方法便是将导电材料直接注入完善的微流体通道中^［49］。已经常规且成功地应用于Ga-LM微流体通道的制造方法包括光刻工艺、模具填充、增材制造和柔性薄膜封装等技术。Zhang等^［50］通过光刻工艺制造微流体回路，再利用界面氢键和表面张力的结合将Ga-LM图案化到柔性弹性体上。Putra等^［51］在定制的空心模具中注入树脂材料，待材料固化成型之后脱模。Griffin等^［52］利用增材制造直接制造出三维立体、富有曲度的天线结构，之后利用压力驱动Ga-LM实现可重构天线的制作。Shen等^［48］将一层Ga-LM薄膜填充到两片弹性PDMS中，得到一个内衬为Ga-LM的密封“弹性护套”。除了以上提及的方法外，还有一种较为普遍的技术手段，即将Ga-LM注入中空纤维或聚合物外壳^［53］后再通过塑性形变来制备导电纤维，最后应用于柔性传感。

鉴于Ga-LM在室温下展现出色的流动性，其既可以作为一种液体，被注射到微流体通道内，也可被各种能量场操控，构建可拉伸的柔性传感器件。Wang等^［54］将三层PDMS经过等离子体的处理后黏接在一起，再通过真空填充将Ga-LM推入微流控通道。Bartkowski等^［55］在制造三维结构Ga-LM线圈的过程中，通过施加不同电场的刺激最终可以产生不同的形变结构。Cai等^［56］将普通海绵放入LM-PU复合材料溶液中超声处理30 min，使Ga-LM充分均匀分布在海绵的每个空隙中，最终得到具有导电性可用于压力传感的海绵状复合材料。

微流体技术已经成为制造基于Ga-LM材料柔性传感器件的有效策略之一。该技术可以从细微尺度精准控制Ga-LM，减少试剂用量并缩短实验时间。灵活的微通道设计可根据实验需求生成各种结构和形状的通道及反应器，提高了研究的可重复性和准确性。并且微通道的设计非常灵活，可以根据不同的实验需求设计各种不同结构和形状的通道及反应器。然而，实际实验中需要高精度的加工设备和工艺，并需精确控制Ga-LM的流速、能量场和反应时间等参数，使实验过程具有一定的难度和挑战性，限制了其规模化生产。

2.3"烧结法

烧结是外力驱动颗粒间接触、黏附和聚结的过程^［57］，如图2（e）^［58］所示。由于Ga-LM会自发形成氧化层，降低线路的导电能力，因此用于处理Ga-LM纳米颗粒周围氧化层的烧结工艺对于保持柔性传感器的各类性能是非常必要的。目前研究人员主要通过机械烧结、激光烧结或自烧结等方法破坏氧化物外壳，从而制备Ga-LM墨水导电电路。

机械烧结是目前破坏氧化层和活化Ga-LM材料的最广泛使用的方法，可以对Ga-LM颗粒施加机械压力从而使氧化外壳破裂。Yu等^［59］在室温下通过涂覆的方法构造Ga-LM柔性和高导电性的涂层，并通过机械烧结去除该氧化层，最终复合涂层表现出9×10⁵"S/m电导率。基于Ga-LM纳米颗粒中发生的表面局部等离子体共振效应^［60］的激光烧结，已成为另一种有效的烧结技术。Ye等^［61］提出了一种纳秒脉冲紫外线（UV）激光烧结的方法，制备出厚度只有1 μm的高导电Ga-LM纳米薄膜。自烧结主要是利用溶胀过程或纳米颗粒之间的毛细作用力来破坏Ga-LM颗粒的氧化层。Wu等^［62］将Ga-LM经超声破碎至纳米颗粒以制备得到复合墨水，该墨水表现出很好的基底适应性。

3"结"语

现代数字化设计与先进制造技术的结合为多功能柔性传感器的规模化应用提供了可能。随着Ga-LM各种印刷制造工艺和复合材料方面的持续创新，众多新方法应运而生，不仅突破了传统应用领域的局限，而且有效满足了日益增长的市场需求。本文系统性地回顾了Ga-LM柔性传感器制备领域的最新研究进展，详尽阐述了该类传感器所采用的主要基底材料类型及其特性，包括应用最广泛的薄膜基底、易与柔性可穿戴设备结合的纺织基底、成本低廉制备简单的纸基、技术成熟性能优良的水凝胶基底。本文还深入探讨了Ga-LM柔性传感器的控制与成型策略，强调了印刷技术在该领域的主导地位，具体包括直接印刷、增材制造（如3D打印）及丝网印刷等方法。此外，还有微流体技术和烧结技术，尽管操作较复杂，但被视为实现高精度Ga-LM柔性传感器的重要技术手段。通过综合与分析认为未来相关研究发展方向可从以下3个方面展开：

1） Ga-LM与不同柔性基底的结合强度有待提高。柔性传感器在实际使用中需要切实提高电子器件的使用寿命，防止Ga-LM层从基底上剥落或破裂，保证器件的耐久性、机械稳定性、化学稳定性和生物相容性。

2） Ga-LM的柔性电路在分辨率和集成度方面有待加强。如何利用各种精密加工手段来进行高度集成的微型化Ga-LM柔性传感器的制备，以实现Ga-LM的精密图案化和功能化是目前需要探索的问题之一。这不仅能够提高传感器的灵敏度和分辨率，还能推动柔性电子器件向更高性能、更小尺寸的方向发展。

3） Ga-LM柔性传感器的工业化大规模生产有待实现。由于Ga-LM的润湿性和流动性，其需要精密地调控和加工，但目前Ga-LM作为柔性电极材料仅存在于实验室阶段。未来的研究应当关注如何将Ga-LM的制备和加工技术从实验室转移到工业生产线，利用全自动设备实现智能制造，为Ga-LM柔性传感器的商业化和广泛应用奠定坚实的基础。

综上，随着研究人员对Ga-LM材料的制备方法和实际应用研究的深入化，以及材料科学、纳米技术和微电子技术等多门学科的发展，Ga-LM传感器将在智能穿戴、医疗监测、网络交联等领域发挥更加重要的作用。期待未来Ga-LM柔性传感器能够实现更高的性能、更低的成本、更广泛的应用，为人类生活带来更加智能化和个性化的便利及可能。

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Research progress on flexible sensing based on gallium-based liquid metals

ZHANG Chi， WANG Xiangrong

YU Peihong^1a， HAO Tianxu^1a， ZHAO Yicong²， SHI Yunlong^1a， ZHANG Cheng^1b，c， XU Jun^1，3

（1a.School of Textile Science and Engineering; 1b.School of Electronic and Information Engineering; 1c.Tianjin Key Laboratory ofPhotoelectric Detection Technology and System， Tiangong University， Tianjin 300387， China; 2.The 18^th"Research Institute ofTianjin China Electronics Technology Group Corporation， Tianjin 300387， China; 3.Key Laboratory of Intelligent Textileand Apparel Flexible Devices in Textile Industry， Soochow University， Suzhou 215123， China）

Abstract：

In today’s fast-moving technological era， flexible sensing technology is attracting attention due to its unique flexibility and integration. Specifically， gallium-based liquid metal， an emerging material， has shown great application potential in the field of flexible sensing due to its excellent physical and chemical properties， especially its excellent electrical conductivity （3.4×10⁶"S/m） and flexible characteristics， which make it have obvious advantages in the manufacture of flexible circuits and sensors. However， the fluidity and oxidation properties of Ga-LM also pose certain challenges in controlling molding and practical applications， which not only reduce its conductivity， but also may affect its sensing performance. Based on this， this paper discusses the research progress of Ga-LM in the field of flexible sensing， as well as the challenges and solutions it faces in practical applications.

The paper starts with the common substrate materials and molding processes of Ga-LM， and further analyzes the advantages， existing problems and possible solutions of different substrate materials and molding processes. Firstly， substrates are the key to determine the performance of the sensor. Among them， the thin film substrate is the most common flexible sensor one， which has the advantages of lightness， stability， and easy combination of electronic devices， but its bonding strength with Ga-LM may be insufficient， and it needs to be enhanced by surface treatment or adhesive. The textile substrate is soft and comfortable and can be made into a smart wearable device， but its stability and durability can be a limiting factor; a variety of substrates such as hydrogel substrates and paper substrates are also widely used in Ga-LM flexible sensing devices. Secondly， the molding of Ga-LM is a key process step to realize the functionalization of flexible sensors. Printing technology， including direct printing， additive manufacturing， and screen printing， is the core technology for Ga-LM molding. The printing technology equipment is simple and the process is convenient， which can give full play to the advantages of Ga-LM materials. Microfluidic technology can accurately control Ga-LM at the micro scale， but it puts forward higher requirements for processing equipment and technology. The sintering process focuses on the oxide layer around the Ga-LM nanoparticles to ensure the high conductivity of the pathway.

The high conductivity of Ga-LM makes it an ideal material for manufacturing electronic devices. In the field of flexible electronics， electrical conductivity is one of the key indicators to measure the performance of materials. In addition， Ga-LM’s high elongation allows it to adapt to a wide range of complex deformations， which is critical for manufacturing products such as wearables and flexible displays.

With the continuous innovation of Ga-LM in various printing manufacturing processes and composite materials， many new methods have emerged， which not only break through the limitations of traditional application fields， but also effectively meet the growing market demand. The paper systematically reviews the latest research progress in the field of Ga-LM flexible sensor fabrication， elaborates on the main substrate material types and characteristics used in this type of sensor， and discusses the control and molding strategies of Ga-LM flexible sensor. The results of this study are helpful to improve the quality of Ga-LM flexible sensing devices， and also provide a referential technical route for the preparation and application.

Key words：

gallium-based liquid metal; flexible sensors; smart wearables; flexible substrates; forming of liquid metal; printing