液态金属（LM）合金可顺应大幅形变，因而适用于柔性与可拉伸电子器件。然而，液态金属较高的表面能与较低的润湿性，会阻碍其与柔性基底的结合，导致难以实现纯液态金属电子器件的精准图形化制备。因此，如何开发具有可扩展性与通用性的图形化技术，以满足不同应用场景下液态金属基柔性器件的制备需求，仍是当前面临的重要挑战。
针对上述问题，本文提出了一种激光剥离-熔合（Laser Lift-Off and Fusion, LLOF）工艺。该方法采用两步激光策略与层间受限设计相结合的思路：首先，利用高能量密度激光产生的瞬态蒸汽压力，实现液态金属纳米颗粒（LM NPs）的高效转移；随后，通过低能量密度激光的选择性照射，使液态金属纳米颗粒发生熔合，从而形成连续的导电结构。该工艺无需酸碱处理，可有效避免对基底的化学损伤；同时，受限空间设计可隔绝氧气，抑制氧化镓（Ga₂O₃）的生成。通过瞬态光热效应，可实现对液态金属纳米颗粒（LM NPs）蒸发与熔合过程的精准控制，从而获得高分辨率、高均匀性的图形化效果。
图1（a）液态金属导电薄膜通过 LLOF 工艺从蓝宝石基底转移至柔性基底的过程。b、c）采用高能量密度激光首次照射以实现液态金属纳米颗粒（LM NPs）剥离的示意图与表面形貌图。d、e）采用低能量密度激光二次照射以实现液态金属纳米颗粒熔合的示意图与表面形貌图。f）通过 LLOF 方法依次打印的不同液态金属图案：分叉电极、雪花、甬江实验室标志及中国传统绘画 “马”。g）液态金属柔性电子器件拉伸前的初始状态与机械拉伸极限状态的照片。h）剪纸（kirigami）结构液态金属柔性电子器件拉伸前的初始状态与机械拉伸极限状态的照片。i）本研究制备的剪纸结构可拉伸电子器件与已报道的剪纸结构可拉伸电子器件 在最大拉伸量下的伸长率及电导率对比。
图 2. a）示意图展示由振镜控制的中红外激光扫描路径的光路。下方图示为转移后的液态金属单元之间的间距（pitch spacing）。b）根据液态金属薄膜的转移结果，得到不同扫描速度与激光能量密度下的工艺窗口。其中，黄色区域代表过度曝光，红色区域对应部分分离，蓝色区域为成功剥离，灰色区域则表示形成的路径不导电。c）不同 L 间距（150、100、50、25 μm）的液态金属薄膜，其电阻率随激光能量密度的变化曲线。d）在控制 L 间距相同（150 μm）的条件下，不同扫描速度与重复频率下，液态金属薄膜的电阻率随激光能量密度的变化关系。e、f）首次与二次激光照射后，转移态液态金属纳米颗粒（LM NPs）的示意图及截面扫描电子显微镜（SEM）图像。g、h）分别为首次与二次激光照射后，液态金属薄膜的电导率及表面氧含量变化。i）激光能量密度为 4、5、6、7、8 J/cm² 的二次激光照射后，液态金属薄膜的数码照片与 SEM 照片。
多物理场数值模拟结果详细揭示了液态金属纳米颗粒的瞬态汽化过程，阐明了由蒸汽驱动的液滴转移动态机制。
图 3（a）4 J/cm² 激光照射下，液态金属纳米颗粒（直径 d=200 nm）热功率密度分布的截面图。b）4 J/cm² 激光照射下，不同时间点（0.05 ns 与 3.60 ns）液态金属纳米颗粒（d=200 nm）截面的温度分布曲线。c）4 J/cm² 激光照射下，蓝宝石基底下方接触点（PA）与液态金属纳米颗粒中心（PO）的温度变化曲线。d）不同激光脉冲宽度下，液态金属纳米颗粒的最高温度变化。e）在脉冲宽度为 5 ns、激光能量密度为 4 J/cm² 的条件下，液态金属纳米颗粒的最高温度随其直径的变化关系。f）直径为 200 nm 的单个液态金属纳米颗粒，在脉冲宽度 5 ns、激光能量密度 10 J/cm² 的照射下，不同时间点的体积分数（V）、温度（T）及体积力（F）分布。其中，V>0.5 代表液态，V<0.5 代表气态。我们将温度分布覆盖图置于轴对称液滴的轴线右侧。
LLOF 技术展现出广泛的基底兼容性，可在聚二甲基硅氧烷（PDMS）、热塑性聚氨酯（TPU）、织物等多种基底上实现图案化，同时还能用于三维结构打印。基于该技术制备的液态金属器件性能优异，具体包括：高导电性、超高拉伸性能（纯液态金属薄膜拉伸应变可达 680%；采用剪纸（kirigami）结构时，拉伸应变可达 1450%），以及出色的循环稳定性（在 30% 应变下循环 6000 次后，电阻变化率 < 10%）。这些性能均优于传统激光烧结复合材料及机械转移方法制备的器件。该技术的潜在应用领域涵盖可穿戴健康监测、电子皮肤（e-skin）、柔性机器人以及极端环境电子器件等。
图 4. a）通过多层 LLOF 打印制备的液态金属 “金字塔” 三维结构的光学显微镜照片。b）在不同基底（包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）、龙皮硅胶（Dragon Skin）、热塑性聚氨酯（TPU）及棉织物）上打印的天线图案。c）PDMS、龙皮硅胶、TPU 三种基底上，液态金属薄膜的电阻随拉伸应变的变化曲线。d）封装后的导电液态金属 / 热塑性聚氨酯（LM@TPU）电子器件在皮肤表面拉伸时，其电阻与电流的变化情况。e）柔性 LM@TPU 电子器件经过 6000 次循环拉伸后的电阻变化。f）在剪纸（kirigami）结构 TPU 基底上制备的激光烧结导电柔性薄膜，将其贴附于人体手腕，展示其在可穿戴电子领域的应用。g）通过 LLOF 工艺获得的液态金属 / 聚二甲基硅氧烷（LM@PDMS）薄膜电路的数码图像。h）将发光二极管（LED）阵列接入液态金属薄膜电路，在拉伸状态下通过直流电源供电的实物展示。
Z. Ma, Y. Liu, J.-G. Hua, et al. “ Laser-Driven Transfer Printing of Hyper-Stretchable Liquid Metal Electronics.” Adv. Electron. Mater. (2025): e00244.
https://doi.org/10.1002/aelm.202500244
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