一、引言：柔性传感时代的理想导电材料

随着人工智能可穿戴技术的快速发展，柔性传感材料因具备可拉伸、可压缩、可扭曲的特性而备受关注。这类材料需要在外界信号刺激下做出灵敏响应，同时保持轻巧便携和生物相容性。在众多导电填料中，碳基材料导电性有限，传统金属导体在反复弯折中易疲劳断裂。镓基液态金属（LM）凭借其卓越的导电性（约3.4×10⁶ S/m）、导热性、流动性和近乎为零的蒸气压，成为替代传统金属导体的理想候选。然而，LM一个最突出的物理特性——极高的表面张力，既是其能够保持形态稳定的基础，也是将其与柔性基体复合时面临的最大障碍。本文将从表面张力这一核心视角出发，系统梳理LM柔性传感材料的三种制备方法、应用进展及回收策略。

二、表面张力：镓基液态金属的“双刃剑”

镓基液态金属的表面张力极高。如表1所示，纯镓（Ga）的表面张力为711 mN/m，镓-铟合金（EGaIn）为624 mN/m，镓-铟-锡三元合金（GaInSn）为718 mN/m。作为对比，水的表面张力约为72 mN/m，普通有机溶剂更低。如此高的表面张力意味着LM液滴倾向于收缩成球形，很难在柔性基体表面自发铺展或浸润。这一特性在直接结合法中表现得尤为突出：当LM通过涂敷、注射等方式与聚合物基体结合时，由于表面张力大、流动性强，LM极易发生团聚和脱落，严重影响传感材料的性能稳定性，甚至导致器件失效。

正是为了克服高表面张力带来的分散难题，研究人员发展了液滴法和LM引发剂法，通过化学手段“驯服”液态金属。

三、直接结合法：简单高效但受困于表面张力

直接结合法是最早采用的制备策略，包括涂敷、微通道注射和热膨胀等技术。例如，Chen等人将LM涂覆在沉积了聚甲基丙烯酸酯粘胶层的PU纤维表面，制成的复合纤维拉伸至500%应变仍保持优异导电性。Yu等人通过微流控纺丝和注射方法制备了PU壳-LM芯的微纤维，可用作动态力传感器。Xu等人利用可膨胀微球的约束热膨胀，研制出超拉伸（800%）的LM泡沫弹性体复合材料。

这些方法的优点是工艺简单、成本低，能充分发挥LM的导电性能。但缺点同样明显：由于LM的高表面张力，它与柔性基体的界面结合力弱，在反复形变过程中LM容易从基体中分离、聚集，导致导电网络破坏。这也是直接结合法面临的核心瓶颈。

四、液滴法：化学键合破解表面张力困局

液滴法的核心思想是将LM通过超声分散成微纳米级液滴，并利用液滴表面形成的氧化镓（Ga₂O₃）层与聚合物中的官能团发生化学作用，形成稳定的核壳结构。这一方法有效克服了LM的高表面张力，实现了均匀分散。

具体而言，超声产生的空化效应将LM打散成微小液滴，液滴表面的Ga³⁺离子可以与带有羧基、羟基等官能团的聚合物发生静电吸附、配位或络合反应。例如，Li等人将LM在海藻酸钠溶液中超声处理，海藻酸盐中的羧基与Ga³⁺配位，形成微凝胶壳包裹的LM液滴，分散稳定性超过7天。Shuang等人利用羧基CNT与Ga³⁺的络合反应制备了高度稳定的CNT@LM液滴，沉降30天无明显沉淀。Lin等人将聚（1-十八烯-alt-马来酸酐）与LM混合超声，马来酸酐水解后与LM纳米颗粒相互作用，疏水烃链防止颗粒聚集和氧化。

此外，液滴法还可通过调控LM在基体中的分布状态实现传感性能的智能调控。例如，将LM液滴嵌入聚氨酯海绵中，可实现从绝缘到导体的显著电阻变化；Xin等人将LM纳米颗粒引入微孔聚合物，在拉伸时LM连接形成导电通路，撤去外力后恢复绝缘。Wang等人利用LM在低温凝固膨胀的特性，实现了温度控制的绝缘-导体可逆转换。

五、LM作为引发剂法：聚合反应中同步解决分散难题

LM微纳米液滴在超声条件下可以引发开环聚合或原位自由基聚合，这一方法不仅合成了聚合物基体，还同步将LM均匀封装其中，从根本上避免了LM的团聚。

开环聚合方面，Li等人将LM在ε-己内酯中超声处理，LM作为阳离子引发剂打开内酯环，聚合形成聚内酯壳包裹的LM液滴，最终转化为固体粉末。原位自由基聚合方面，Wei等人将自由基聚合引发剂附着在LM液滴表面，通过聚合反应形成聚合物刷/LM纳米液滴，表现出高胶体稳定性和良好的再分散性。Peng等人将碳纳米管与LM复合形成LM@CNTs，在室温下引发水溶性乙烯基单体的自由基聚合，快速制备多功能水凝胶，无需额外引发剂和交联剂。

这些方法的共同特点是：在聚合过程中，LM的高表面张力被聚合物链的包裹所抵消，LM得以稳定分散在基体中，同时增强了与不同材料的相容性。

六、应用与回收：表面张力再次扮演关键角色

基于上述制备方法，LM柔性传感材料已广泛应用于可穿戴健康监测、触觉传感、人机交互等领域。例如，将LM作为填料的弹性体复合材料在拉伸时形成导电通道，可用于测量脉搏、呼吸等生理信号。Wu等人开发了可直接在服装上打印功能电路的LM油墨。Hoang等人将磁性Ni掺杂LM与有机硅复合，赋予材料自愈合功能。

值得一提的是，LM的高表面张力在回收利用中反而成为优势。由于LM表面氧化层在酸性或碱性环境中被溶解，其表面张力立即增大，使得LM液滴在机械搅拌下自发聚集合并，从而与弹性体基体分离。He等人的实验表明，在1 mol/L HCl溶液中搅拌并超声处理，LM的回收效率可达98%。Chen等人利用碱液去除氧化物后回收率也达到89%。这种基于表面张力变化的回收策略，为柔性电子产品的可持续发展提供了重要途径。

七、挑战与展望

尽管LM在柔性传感材料领域取得了显著进展，但仍面临三大挑战：其一，稳定性问题——由于高表面张力，LM在反复使用后仍可能在复合材料内部聚集；其二，成本问题——LM价格较高，虽然回收可行，但液滴法和引发剂法制备的材料回收难度较大；其三，安全性问题——LM与人体直接接触时需确保体系密封性和稳定性。

展望未来，需要加强多学科合作，进一步优化LM与基体的界面结合策略，开发低成本、高效率的回收技术，并建立完善的生物安全性评价体系。液态金属有望成为柔性电子技术的重要驱动力，为人机交互、智能医疗等领域带来突破性创新。