Science Advances：一种用于弹性导电体的互连技术（厦门大学戴李宗和袁丛辉团队）

现有技术缺点

1. 电路互连脆弱：柔性和可伸缩电子设备的电路连接技术长期面临可靠性问题，现有的连接方式难以兼顾机械适应性和导电性。

2. 高温损害：传统的焊接技术如锡焊和激光焊接会因高温导致柔性基板和电路损坏，不适合柔性电子设备。

3. 复杂后处理：现有的导电连接策略如银粘合剂和交错微桥等方法，后处理复杂、粘接强度低、力学失配明显，限制了实际应用。

文章亮点

1. 低电压快速电焊技术：作者提出了一种在低电压（1.5-4.5V）和短时间（低至5秒）内进行电焊的策略，实现柔性电子设备的可靠连接，适用于多种材料（如金属、水凝胶、导电弹性体）。

2. 自我焊接材料：设计了由硼酸酯聚合物和导电填料组成的导电弹性体，能够通过电化学反应在不同材料界面上实现自我焊接，提升界面粘接强度和导电性。

3. 机械适应性与强度平衡：该技术确保电路接口在保持导电性的同时，兼具从千帕到兆帕范围的机械强度，适应刚性和软性元件的结合。

应用场景

1. 柔性电子设备：如可穿戴设备、机器人和生物电子设备等领域，解决传统设备脆弱的电路互连问题，提升设备可靠性。

2. 生物电子学与储能：在需要快速、稳定互连的生物医疗设备和储能器件中提供应用潜力。

3. 智能装配：提供一种可拆卸、可按需组装的柔性电子平台，适用于多场景的灵活应用和快速部署。

总结

文章提出的低电压电焊策略通过电化学反应和动态键合，解决了柔性与可伸缩电子设备中界面粘附、机械适应性和导电性的问题。这一新技术具有操作简便、材料适应性强的优势，能够应对现有连接技术的不足，推动柔性电子设备在生物电子学、机器人技术等领域的实际应用和商业化发展。

文章名称：Electrically weldable conductive elastomers

期刊：Science Advances

文章DOI：10.1126/sciadv.adp0730

通讯作者：厦门大学戴李宗（Lizong Dai）、袁丛辉（Conghui Yuan）

CEs的机械和物理性质

    C-BPEs的制备方法适用于各种导电填料，而BPEs的聚合物网络可以通过选择不同的邻苯二酚分子轻松调整。银片的有序堆叠有利于构建导电网络（图1F）。聚合物基体作为粘合剂，将银片粘合在一起，使Ag-BPEs柔软但坚固。Ag-BPEs可以像绳子一样打结，而不会牺牲机械性能（图1G，视频S1A）。单轴拉伸试验（图1H和视频S1B）表明，Ag-BPES的断裂强度约为6.4Mpa~8.1Mpa，延伸率约为149.1~208.3%。在应变（ε）≤10%的情况下，Ag-BPEs提供的模量范围从26.8~35.6 MPa不等。在小应变（ε≤50%）下，Ag-BPEs的导电性对延展性不敏感（ΔR R0≤0.2），突显了银片形成的导电网络的稳定性。在不同应变下进行的循环加载-卸载测试表明，Ag-BPEs可以承受数千次重复拉伸，而它们的拉伸强度、塑性变形和导电性在经过100次训练后达到平衡状态。Ag-BPEs还具有很高的折叠抗性，1000次零角度折叠仅导致厚度方向上的断裂强度和导电性分别降低约10.5%和2.9%。Ag-BPEs的吸湿性增加了延展性，但在一定程度上降低了导电性。例如，在75%湿度下，Ag77%-BPE的断裂延伸率约为225%（断裂强度为7.5 MPa），导电性为6357.7±977.4 S/cm。

图1 C-BPEs的设计与电焊概念，以及Ag-BPEs的导电和机械性能。(A) C-BPEs的制备始于在水凝胶中加载导电填料以形成C-BPHs，随后进行简单的干燥处理。(B) C-BPE自焊、C-BPE/金属焊接、C-BPE/水凝胶焊接和C-BPE/CE焊接的步骤和(C)分子机制。(D) 通过电焊技术在柔性可拉伸设备中集成刚性电子组件和柔性传感器的示意图。(E) 典型Ag-BPE薄膜的照片。(F) Ag-BPEs中Ag片层的堆叠几何结构。(G) 拉伸和打结的Ag77%-BPE照片。(H) Ag-BPEs的单轴拉伸应力-应变曲线和(I) 表面电导率。数据和误差条表示平均值和标准差（n=5）。

视频 S1

 电焊技术与机制

    用于自焊接的两块Ag-BPEs被去离子水浸湿并叠放在一起，随后施加电场（1.5至4.5 V）持续5到60秒（图2A和视频S2A）。将焊件在60℃下烘干10min，去除吸收的水分，可进一步增强焊接效果。扫描电子显微镜图像显示，焊接后两块Ag-BPEs熔合在一起，很难区分焊接界面。在没有电刺激或表面润湿的情况下，两片Ag-BPEs之间不会出现界面粘连。电焊接实质上受水电解控制（图2B），其中Ag-BPEs充当水电解电极。润湿是首先使聚合物网络部分膨胀，从而提高聚合物链的流动性，其次是由于离子(如K+和OH−)从聚合物基质迁移到水中而形成一层薄薄的电解液。

视频S2

    利用多点焊接策略，作者首先可以打印不同的电路，然后将它们互连以构建集成电路。例如，印刷在PU薄膜上的Ag77%-BPE电路和C-碳电路可以通过焊接结合在一起，形成集成的柔性和可拉伸电路（图3K）。印刷的AgBPE电路具有高湿度耐受性，即使在湿度大于90%的潮湿环境中也不会发生不良焊接（视频S5A）。焊接的电路与常见的封装方法兼容。简单地将焊接的电路封装在PU薄膜中即可确保其在水下的稳定运行（视频S5）。此外，带有电气接触点的封装电路中也可以进行电焊接。

图3 Ag-BPE/水凝胶焊接与Ag-BPE/CE焊接。(A) Ag-BPE/水凝胶焊接界面电化学反应的示意图。(B) 焊接件的照片：Ag77%-BPE/BPH（左），Ag77%-BPE/PAM-PVA（中），和Ag77%-BPE/PAM-琼脂糖（右）。（C）不对称拉伸，(D) 剪切拉伸和(E) 对称拉伸的单轴应力应变曲线；插图是拉伸模式的示意图。（F）重复30°弯曲对Ag77%-BPE/PAM-PVA/Ag77%-BPE焊件对称拉伸性能的影响。（G）在循环30°弯曲过程中，Ag77%-BPE/PAM-PVA/Ag77%-BPE焊件横向（J-V曲线）和纵向（CV曲线）方向的导电性演变。（H）打印Ag-BPE与打印CE之间电焊接的示意图及制备的焊件。（I）具有单个焊接点的打印Ag77%-BPE/CE焊件和(J) 多个焊接点的打印Ag77%-BPE/C-碳焊件的单轴应力应变曲线。（K）通过打印Ag77%-BPE电路与C-碳电路之间的多点焊接构建的柔性可拉伸电路的照片；还焊接了发光二极管（LED）以验证互连的稳定性；比例尺，10 mm。数据和误差条表示平均值和标准差（n=5）。

视频S5

可拆卸和可组装的柔性电子设备的构建

    印刷的Ag-BPE电路可以焊接在刚性电子元件的金属引脚上（图4A和视频S6）。通过结合电焊和电路印刷技术，作者可以通过与传统印刷电路板（PCB）相同的处理程序构建柔性和可拉伸的电子设备。

视频S6

    利用电焊技术，作者可以分别构建固定模块和可更换模块，并根据需要将它们焊接在一起，以制作独立的贴肤电子设备。作为概念验证，作者通过电焊在印刷的Ag77%-BPE电路板上，使用3.6 V钮扣电池供电，将一个蓝牙芯片、一个多点控制单元、一个晶振、三个电阻和两个电容器焊接在一起，构建了一个信号处理和传输的固定模块（见图4F）。另外，作者制造了三个可更换模块，通过在PU薄膜上印刷应变和温度响应的导电墨水（图4G-I）。这些可更换模块可以与固定模块电焊在一起，制作出同时集成了刚性电子元件、柔性传感器和能量供应器的独立贴肤电子设备。这三个设备可以轻松贴在手背上（见图4J），并通过无线方式与计算机上的软件通信，监测握拳动作和温度变化（图4K-M）。此外，作者电焊集成设备中几乎所有的刚性和软性电子组件都可以按需更换，为设计和应用柔性和可伸缩电子设备提供了一个“DIY”平台。

图4 通过电焊技术构建柔性和可拉伸的电子设备。（A）焊接印刷的Ag77%-BPE到刚性电子元件，包括芯片（左）、电阻器（中）和LED（右）制成的焊接接头的照片。柔性逻辑照明设备的图像（B），以及将其附着到掌背进行独立工作，由按钮电池（3.6 V）供电的情况（C）。柔性光响应设备的照片（D），将其附着到拇指上以监测捡起杯子的动作。捡起杯子的电气和光学信号跟踪（E）。通过固定模块构建的掌背独立贴肤电子设备的数字图像：信号处理和传输（F），以及可替换模块（柔性和可拉伸传感器）：具有不同图案的应变传感器（G和H）和温度传感器（I）。将独立设备附着到掌背（J），以及设备监测生成的信号（电阻变化）：夹紧动作（K和L）和重复的温度变化（36.5 → 45°C）（M）。比例尺，10毫米。

Haimen Lin et al.，Electrically weldable conductive elastomers. Sci.Adv.10,eadp0730(2024). DOI:10.1126/sciadv.adp0730

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