应用于柔性电子电路的导电材料
随着物联网与可穿戴技术的快速发展，柔性电子器件已逐渐成为未来电子领域的主流发展方向。其中，以柔性聚合物为衬底、以金属薄膜、石墨烯、导电墨水等为导电介质的柔性电路，是柔性电子器件发展的核心组成部分。这类电路具备质量轻、厚度薄、柔软可弯曲甚至可拉伸的特点，在智能穿戴设备、柔性显示、医疗器件、运动监测、柔性能源装置、电子皮肤等领域拥有广阔的应用前景。
柔性电路通常由导电体与弹性体构成，其中导电体材料涵盖传统金属薄膜、导电银浆，透明导电氧化物墨水，金属纳米线、石墨烯、碳纳米管等新型纳米晶墨水，以及完全柔性的液态金属等类别。
一、金属薄膜
金属薄膜的电导率约为 10⁵S・cm⁻¹，是传统电子电路的首选导电材料。但金属的弹性模量非常大（接近 10²GPa），因此将金属薄膜应用于柔性及可拉伸电路，仍是该领域的一大技术挑战。
柔性电路中的金属薄膜，通常以铜（Cu）或金（Au）为原料，通过黏合剂附着、打印、印刷、溅射、电子束蒸发等方式沉积到柔性或超弹性衬底上。柔性电路板的衬底，多选用聚酰亚胺塑料、聚醚醚酮或透明导电涤纶等弯折性能优异的高分子材料。如今，随着可穿戴技术的推进，柔性电路已不再局限于 “可弯折”，而是向可拉伸、可压缩、多维度弯曲等方向发展。
二、纳米晶墨水
典型的纳米晶墨水，是将纳米导电材料分散于溶剂中制成，可通过印刷、旋涂、喷涂等方式制备柔性电路，无需高温与真空操作，且能有效节省原料。纳米导电材料主要包括透明导电氧化物（TCOs）、金属纳米线（NW）、石墨、碳纳米管（CNTs）等，可通过简单方法溶解于低成本溶剂中制备导电墨水。由于纳米晶材料尺寸极小，不仅能制作微型电路，还可满足光学电路、透明器件对 “透明性” 的特殊要求。
1. 透明导电氧化物墨水
当前，采用真空溅射工艺在柔性基板上制备氧化铟锡（ITO）导电膜时，难以精准控制电极电路图形，且成品率通常低于 30%。因此，研发可替代薄膜溅射沉积的工艺，以及传统 ITO 导电膜的替代电极，成为行业迫切需求。
透明导电氧化物墨水，是以 ITO、掺氟钛氧化物（FTO）、铝掺杂锌氧化物（AZO）等常见宽带隙金属氧化物为基础配制的墨水材料，兼具良好的光学透明性与导电性能，可印刷出平滑无裂纹、高透明、高导电的薄膜。
2. 金属纳米线墨水
随机分布的纳米线网络兼具高透明性与高电导率，在可穿戴电子、机器人皮肤、植入式医疗器件、柔性及可拉伸显示器、OLED 等的柔性 / 可拉伸线路中应用广泛。其中，金属纳米线墨水因制备方法简便，具有极大的应用潜力。
银纳米线具备良好的导电性与柔顺性，是制备弹性导电体的理想材料。化学还原法是合成银纳米线墨水的典型手段，通过该方法获得的银纳米线可分散于水、乙醇、异丙醇等多种溶剂中。以此制备的柔性电路，初始电导率可达 8130S・cm⁻¹，拉伸 50% 后电导率仍能保持在 5285S・cm⁻¹。
铜纳米线也是常用的金属纳米线材料，但由于铜纳米线易氧化，其导电性能稳定性较差。
3. 石墨烯墨水
石墨烯是由碳原子紧密堆积形成的二维晶体，具有超薄、超轻、超高强度、高导电导热性、高透光性及结构稳定等特点，这些特性使其在印刷电子产品中具备显著优势。目前已有大量研究将石墨烯制成导电墨水，应用于喷墨打印技术 —— 通过喷墨打印将石墨烯喷印在基材上，可制作柔性透明导电薄膜、传感器、超级电容器、射频天线等电子器件。
石墨烯内部存在自由电子，因而具备优异的导电性能：常温下其电子迁移率超过 1.5×10⁴cm²V⁻¹s⁻¹，高于纳米碳管与硅晶体；电阻率仅为 10⁻⁶Ω・cm⁻¹，低于铜与银，是目前已知电阻率最小的材料。高导电性、良好稳定性及纳米片层结构，使石墨烯成为优质导电填料，用其制备的石墨烯墨水不仅解决了传统碳基墨水导电率低的问题，还能与打印机配方良好兼容。
4. 碳纳米管墨水
碳纳米管可看作是由单层石墨烯卷曲形成的管状碳基纳米结构，具有载流子迁移率高、导电性优、机械柔性好等独特优势，是柔性电子器件的重要材料之一。通常情况下，碳纳米管易发生团聚，但通过化学改性，或添加表面活性剂、纤维素、导电高分子等增溶添加剂，可大幅提升其在常规溶剂中的分散度，进而制备出导电墨水。
三、液态金属
基于镓及镓合金的液态金属，兼具室温流体特性与高金属电导率，可用于制作柔性金属导线。液态金属导线的制备主要有以下三种方式：
- 注射法：先通过微电子加工等工艺制作符合电路形状要求的模具凹槽，再用注射器注入液态金属流体，最后封装成型。该方法流程相对复杂。
- 超声分散法：在水、乙醇等液体中，通过超声波振荡将液态金属分散为微米级颗粒，再将其直接沉积到纸质衬底或 PDMS 等弹性体上，形成液态金属薄膜。但这种方式形成的液态金属颗粒表面，通常会包裹一层纳米级氧化镓绝缘层，需通过机械应力刻划等手段划破绝缘层、露出内部液态金属，使颗粒间重新形成导电回路，最终绘制出电路图形。
- 打印法：由于液态金属表面张力大、浸润性差，难以直接作为墨水通过喷墨打印实现柔性电路的图形化制备。针对这一问题，清华大学刘静团队设计开发了可打印液态金属墨水及专用打印设备，实现了液态金属在柔性衬底上的直接打印。
四、其他材料
除上述三类导电材料外，还有其他材料可用于制备柔性电路，例如商业化导电银浆，以及将金属颗粒分散于溶剂中制成的导电墨水等。
五、结语
- 金属薄膜与纳米晶墨水是目前最常用的两类导电材料：金属薄膜电导率较高，但拉伸性能受限，适用于无需拉伸或拉伸率较低（<100%）的柔性电路场景。
- 利用纳米晶墨水制备柔性电路的方法多样且操作简便，成本较低，但缺点是其电导率相较于金属薄膜更低。
- 以液态金属为墨水制备的柔性电路，电导率最高，方块电阻远低于前述几种材料，且液态金属本身的流动性不会限制弹性体的拉伸特性；但目前液态金属柔性电路的制备方法较少，且必须经过封装才能使用，未来仍需进一步深入研究。
超声波喷涂技术正成为制造柔性电路的关键工艺，尤其在喷涂银、铜、石墨烯等导电墨水方面展现出巨大优势。
与传统喷涂不同，该技术利用高频声波将墨水雾化成微米级、高度均匀的细密液滴。这种“软雾化”方式能精确控制喷涂的厚度和图案，形成极薄且均匀的导电薄膜，这对于微细线路至关重要。同时，由于雾化过程不依赖高压，它能极大地减少墨水因飞溅造成的过喷浪费，材料利用率可高达90%以上，对于昂贵的导电墨水（如银、石墨烯）意义重大。
在柔性电路应用中，超声波喷涂的低温、非接触特性完美匹配了对温度敏感的柔性基材（如PI、PET）。它能轻松实现大面积、定制化的导电线路涂覆，无论是银墨水的优异导电性、铜墨水的成本优势，还是石墨烯墨水独特的柔韧性与透明性，都能得到完美呈现。
综上所述，超声波喷涂技术以其高均匀性、高材料利用率和卓越的工艺控制能力，为高性能、低成本的柔性电子产品制造提供了理想解决方案，有力推动了可穿戴设备、柔性显示等前沿领域的发展。
关于驰飞
驰飞的解决方案是环保、高效和高度可靠的，可大幅减少过量喷涂，节省原材料，并提高均一性、转移效率、均匀性和减少排放。为企业提供围绕功能涂层的全套解决方案及长期技术支持，保证客户涂层稳定量产；针对特殊器械涂层需求，提供涂层定制研发服务；提供各类涂层代工服务。
杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。
