浙江大学潘程枫研究员、赵朋教授联合北京大学韩梦迪教授、香港中文大学Philip CHIU教授、北卡罗来纳州立大学 Michael Dickey 教授，在国际权威综述期刊 Nature Reviews Electrical Engineering 发表题为“Design strategies for liquid metal-based soft electronics”的综述文章，系统梳理了液态金属（Liquid Metal, LM）在柔性电子领域的优越性能、界面设计与系统集成策略，并进一步总结了其在可穿戴电子、植入式生物电子和软体机器人等方向的发展现状与未来挑战。文章于2026年10月1日正式上线。潘程枫、张翀、王嘉瑞为共同第一作者，潘程枫、赵朋、Michael Dickey 为共同通讯作者。浙江大学机械工程学院，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室为第一单位，浙江大学全省增材制造技术与装备重点实验室为第二单位。
传统电子器件通常建立在硅、铜等刚性材料体系之上，而柔性电子凭借柔软、可变形并能够顺应动态环境等特点，在可穿戴电子、植入式生物电子以及柔性机器人等领域受到广泛关注。制作柔性电子的一种常用方法，是在弹性体中加入金属颗粒、碳材料等刚性导电填料，但这类体系往往面临“导电性—可拉伸性”之间的两难取舍：增加导电填料能够改善电学性能，却可能导致力学稳定性下降；提高材料柔软性，又可能牺牲导电性能以及长期稳定性。液态金属为解决这一问题提供了一条独特路径。以镓及镓基合金为代表的液态金属，兼具接近传统金属的电学、热学等性能以及液体优异的可变形能力。将液态金属进一步分散为微米甚至纳米尺度液滴，并与弹性体、凝胶等柔性材料复合，可以构建兼具柔软性、可拉伸性以及电、热、介电等多种功能的新型材料体系。
然而，“液态”既是液态金属最大的优势，也带来了一系列新的工程问题。液态金属较高的表面张力以及表面氧化层，会进一步引出重复运动过程中的长期界面稳定性、液态金属泄漏、高精度制造、材料兼容性以及规模化加工等问题。文章特别强调，液态金属柔性电子未来需要从“能拉伸”进一步走向“长期可靠”，从实验室原型展示逐步走向稳定器件乃至实际应用。围绕这一核心问题，该综述从材料性质、液滴界面设计、可靠系统集成以及典型代表性应用等多个层次，总结了液态金属柔性电子的关键设计策略，并围绕稳定、可靠的系统集成，构建了较为完整的液态金属柔性电子设计框架。
图1 液态金属典型性能。机械性能：(a)液态金属液滴在弹性基底中拉伸变形并通过能量耗散实现的韧性增强，(b)电路破损后通过流动重新连接所实现的自修复。电学性能：(c)导电复合材料在形变过程中动态重构所实现的应变不敏感导电性，(d)具有高极化能力的液态金属填充增强的介电常数。热学性能：(e)液态金属复合材料热导率增强，(f)纯高分子弹性体低热传导。电磁性能：(g)液态金属材料在X射线下的显影特性。阻隔性能：(h)液态金属兼顾柔软和接近金属的防水能力。
界面设计策略
由于液态金属与聚合物基底、封装层以及硅基电子元件之间在力学性能、表面化学和加工特性等方面存在显著差异，器件在反复弯折和拉伸过程中容易出现液态金属泄漏、界面脱层以及电路连接失效等问题。要充分发挥液态金属的材料优势，并推动液态金属柔性电子走向实际应用，研究重点需要进一步关注动态环境下液态金属与不同界面之间的相互作用。围绕这一问题，该综述从多个层次总结了液态金属柔性电子的界面设计策略，主要包括液态金属墨水的界面设计，以及液态金属与柔性基底、硅基电子元件之间的界面集成策略。
液态金属复合材料界面设计
将液态金属加工为微米或纳米尺度液滴，并分散于柔性聚合物中，可以形成兼具导电、介电、导热以及机械响应能力的功能复合材料。与传统固体填料相比，液态金属液滴能够随基体共同变形，因此有望减弱高功能性与低模量之间的矛盾。液态金属表面的氧化层、液滴尺寸以及颗粒稳定方式，会直接影响材料的流变行为、导电网络构建以及打印性能。通过调节表面化学、液滴结构和墨水配方，还可以进一步实现液态金属的高分辨率图案化以及可规模化制造。
图2 液态金属复合材料界面设计。(a)液-固双相液态金属墨水：固相Ga₂O₃ 相与液态 EGaIn共存调控墨水流变特性。(b)液态金属界面静电相互作用：带电聚合物/聚电解质与液态金属氧化物表面静电相互作用稳定液滴的分散状态，实现流变特性调控。(c)物理包裹液态金属墨水：聚合物网络包裹液态金属液滴，抑制液滴聚集。(d)氢键辅助型液态金属墨水：液态金属氧化物羟基表面与聚合物之间形成氢键，增强界面粘附性和结构稳定性。(e)金属配位键辅助型液态金属墨水：镓离子与配体之间形成配位键，改善墨水的分散与成形性能。(f)金属合金作用型液态金属墨水：金属填料与液态金属发生合金反应，形成合金化或金属间化合物界面，改善墨水润湿性、导电网络连通性以及流变性能的可调控性。
液态金属与柔性基底和硅基电子元件之间的界面集成
柔性电子系统通常不仅包含柔性导线，还需要集成芯片、传感器、电池、天线等功能元件。柔性电路能否长期、可靠、稳定地工作，不仅取决于导体本身的性能，也取决于导体能否牢固地附着于柔性基底，并与其他电子元件形成稳定连接。因此，液态金属与弹性体、水凝胶等柔性基底之间的润湿、黏附和界面稳定性，是决定柔性电子可靠性的关键因素之一。与此同时，如何在柔软的液态金属电路与相对刚性的传统电子元件之间形成稳定的电连接和机械连接，也是柔性电子从材料展示走向完整系统必须解决的重要问题。文章进一步总结了液态金属柔性电子在可穿戴电子、植入式生物电子和软体机器人等方向的代表性应用，并指出，未来该领域的发展重点将逐渐从“能否实现柔性可拉伸”转向“能否实现长期、可靠、规模化制造与应用”。其中，多功能集成、高密度制造、长期机电稳定性以及生物相容性，将成为推动液态金属柔性电子走向实际应用的重要方向。该工作建立了从“材料性能—界面调控—器件集成—应用转化”的系统设计框架，为下一代可穿戴电子、生物电子与软体机器人的材料与系统设计提供了重要参考。
图3 柔性基底及电子元件集成界面设计。(a)纯液态金属界面：拉伸过程中存在润湿性较差和界面粘附力较弱问题。(b)液态金属合金界面：通过形成合金化界面，改善液态金属的浸润性和导电性。(c)氧化物固-液双相液态金属浆料：富含氧化物固相增强界面粘附力和界面稳定性。(d)液态金属墨水与弹性基底的共价键界面：液态金属复合材料与基底及银环氧导电胶之间形成共价键，增强界面结合力。(e)液态金属墨水与聚合物自焊接界面：通过聚合物–凝胶（polymer–gel，pol–gel）转变实现界面自包覆，实现电子元件的稳定集成。
液态金属在可穿戴/植入式生物电子和软体机器人方向的典型应用
随着材料、界面与制造技术的不断发展，液态金属基柔性电子正在逐渐从基础材料研究拓展至完整器件与系统。文章重点总结了液态金属在可穿戴电子、植入式生物电子和软体机器人等领域的代表性应用，并展示了液态金属在这些应用中的独特优势，包括提高信号采集的信噪比、改善界面间热传输效率、减小电子器件与生物组织之间的模量失配，从而提升生物界面适配性与生物相容性；同时，液态金属还可用于构建具有微创特性的可变形生物电子器件，并在柔性机器人领域作为传感器和驱动器发挥重要作用。
图4 生物医学、软体机器人典型应用。(a)可穿戴电子中液态金属电极能够在皮肤表面形成紧密贴合的电学界面，有效提高信噪比。 (b) 液态金属应变传感器。 (c)液态金属复合材料改善热电发电机（TEG）的热传递效率。 (d)液态金属生物电子界面。 (e)柔性液态金属神经电极减小与神经组织之间的力学失配。 (f)超软液态金属细胞界面可实现细胞电刺激或电信号记录。 (g)微创可变形注射针头通过加热实现液态金属相变的刚度调控。 (h)X射线显影支架。 (i) 可变形导管通过局部液态金属相变实现可逆的刚度控制。 (j)液态金属介电弹性体驱动器实现不牺牲柔软的前提下，通过提高介电常数增强驱动性能。 (k) 快速均匀热传输的高效液态金属复合材料高效热驱动器散热。 (l)形状和刚度可重构的相变液态金属机器人骨架。
未来研究方向
未来，液态金属柔性电子将逐步从实验室原型走向高集成度、长期可靠和规模化应用，其发展重点主要集中在多功能集成与长期稳定性两个方向。一方面，需要进一步发展多层高密度制造、可靠垂直互连以及多功能复合液态金属墨水，实现导电、传感、热管理、电磁屏蔽和生物界面等多种功能的一体化集成。另一方面，液态金属的流动性也带来了泄漏、界面失效和长期生物安全等挑战。因此，需要通过柔性封装、模量匹配、自修复界面以及系统性的生物相容性评估，提高器件在长期机械变形和植入环境下的稳定性与安全性。通过建立从材料设计、界面调控到系统集成的完整体系，液态金属有望进一步推动可穿戴电子、植入式生物电子和软体机器人的发展，并促进相关柔性电子技术从实验室研究走向更加可靠、稳定和规模化的实际应用。
图5 未来研究方向
论文信息
Chengfeng Pan., Chong zhang, Jiarui Wang, Mengdi Han, Wai Yan Philip CHIU, Peng Zhao, Michael D. Dickey. Design strategies for liquid metal-based soft electronics. Nature Reviews Electrical Engineering (2026, In Press).
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