随着可穿戴设备、植入式电子及脑机接口等领域的快速发展，对兼具生物组织般柔顺性与高性能的弹性电子器件需求日益迫切。在弹性电子器件的系统级集成中，互联材料的电导率、可拉伸性与图形化精度共同决定系统的集成密度与整体性能。液态金属凭借金属性电导率与流动性，被认为是可拉伸互联的理想材料之一；然而，其高表面张力与高界面能导致在多数基底上易退润湿并收缩成液滴，难以形成高分辨率且稳定的微纳结构。因而，决定液态金属互联应用前景的关键科学问题在于：如何通过界面化学与结构设计协同调控其润湿与流变行为，在不牺牲高电导与可拉伸性的前提下，实现液态金属微纳图形的可控构筑与长期稳定，支撑弹性电子系统的高密度集成。

针对这一关键问题，北京大学集成电路学院郑雨晴团队成功研制出一种基于共晶镓铟液态金属（EGaIn）纳米颗粒的液态金属光刻胶，并开发了相应的等离子体辅助液态金属颗粒的激活策略，实现了单步晶圆级液态金属光刻图案化。该技术通过调控液态金属纳米颗粒/颗粒和颗粒/基底界面的共价与非共价相互作用，在保持超过750%拉伸性的同时，实现了2微米的分辨率、块体级电导率（2.2×104 S/cm）以及三维结构上液态金属图案共形加工。研究团队利用该技术成功制备了从高分辨率液态金属网格透明电极、皮层神经电极到大面积柔性印刷电路板等多尺度弹性电子器件，展示了其卓越的通用性。

用于弹性电子器件的液态金属光刻胶

该研究深入揭示了液态金属光刻胶实现高分辨率单步金属光刻的原理。光刻胶由配体修饰的液态金属纳米颗粒和一种双功能光交联剂组成。在紫外光照射下，光交联剂分解产生卡宾自由基，与纳米颗粒表面的配体发生非特异性C-H插入反应，从而桥接相邻的纳米颗粒，从而形成不溶的图案结构。通过优化颗粒尺寸、交联剂浓度、曝光剂量和基底表面能等关键参数，团队成功将图案分辨率提升至2微米。团队开发的等离子体辅助激活策略，通过增强界面粘附力，在温和的剥离过程中高效、均匀地激活了亚微米尺度的液态金属纳米颗粒，使其恢复至高电导状态，解决了小尺寸颗粒难以激活的长期难题。此工作为下一代高性能弹性电子器件，如可穿戴显示设备、高性能神经电极及刚柔混合集成系统，提供了强大的平台化制造方案。它有望突破当前弹性互联导体在分辨率、电导率和三维集成方面的制造瓶颈，推动多功能弹性电子系统的发展。

相关研究成果以“(Liquid) Metallic Photoresist for Monolithic Microlithography of Elastic Electronics”为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。北京大学集成电路学院博士后王振骁、2024级博士生李映泓为论文共同第一作者，北京大学郑雨晴助理教授为通讯作者，论文合作者还包括集成电路学院李志宏教授、王玮教授和材料与科学工程学院的窦锦虎助理教授。

该研究工作得到科技创新2030重大项目、国家自然科学基金及中央高校基本科研业务费的资助。

参考文献：

Wang, Z., Li, Y., Zhang, Z., He, Z., Gao, X., Huang, Z., Dou, J.H., Wang, Y., Wang, W., Li, Z. and Zheng, Y.Q., (Liquid) Metallic Photoresist for Monolithic Microlithography of Elastic Electronics. Advanced Materials, p.e72140.

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.72140