近日，779cn太阳集团柔性射频技术研究中心、东华大学信息与智能科学公司陆卫兵教授团队提出了一种基于液态金属织物的形变不敏感毫米波天线，为下一代可穿戴体域网通信提供了全新的解决方案。相关成果以"Printable Liquid Metal-Textiles for Deformation-Insensitiveand Electromagnetically Robust mmWave Devices"为题，发表于国际知名期刊《Advanced Science》上。居璐博士与于步云博士为共同第一作者，陆卫兵教授、余存江教授、管英士教授为论文的共同通讯作者。
图1机械耐久性、电磁性能鲁棒的高性能织物毫米波天线。
【研究背景与挑战】
随着6G与物联网的快速发展，毫米波技术因其高带宽和高数据传输速率，成为构建下一代体域网的关键。然而，由于固有的物理特性，毫米波器件对于金属损耗及导电路径结构稳定性极为敏感。即使轻微导电性的损耗，也会导致毫米波天线的电磁性能下降甚至畸变。传统的金属材料在弯曲、拉伸等复杂的动态形变下，极易产生不可逆的裂纹或分层，导致导电性发生显著下降。因此，如何实现在反复机械形变下依然保持高性能、电磁性能鲁棒的毫米波器件，是当前柔性可穿戴射频器件的关键技术难题。
图2基于(a)液态金属，(b)传统刚性导电材料的织物天线。
【核心技术创新】
凭借类金属高导电、本征柔性及自修复特性，镓基液态金属是理想的柔性毫米波导电材料。然而，流体特性使其具有较高的表面张力，难以在复杂多孔的织物上高精度成型。目前，基于液态金属的微波器件大多依赖于传统微流道工艺，通常需要复杂的加工设备与繁琐的制备流程，且在垂直或拉伸等应力下易发生变形导致导电性能不稳定现象。因此，实现稳定、可靠、可规模化制备的高性能织物毫米波器件仍存在较大的挑战。
面向织物提出一种基于液态金属的高导电、高可靠性、可印刷油墨
织物不耐高温，且具有粗糙、多孔等复杂表面结构特征，导致其与现有成熟柔性制造及集成技术兼容性较差。目前，在织物基底上构建射频器件的技术路径主要包括金属结构转移与原位本征导电网络构建两类方法。然而，这两种方案大多依赖于金属纳米线、导电聚合物或碳纳米材料等导电材料，在大幅度反复形变的情况下极易发生界面脱离与分层现象，导致毫米波器件的电磁性能发生畸变。为解决当前织物电子电学性能稳定差的问题，该工作提出一种与织物高度兼容的功能化液态金属油墨，其表现出高导电和耐形变特性。通过纳米效应和表面修饰协同作用，功能化液态金属油墨能够均匀且充分地沉积在织物三维网络结构中，构建连续且稳定的导电路径。此外，功能化液态金属墨水表现出典型的剪切稀化特性、可调粘度和高屈服应力，确保其在织物表面高精度成型。得益于其独特的电学性能自修复特性，基于该液态金属油墨的电子织物在经历反复机械形变后仍能保持约11.16 mΩ/sq的均匀方阻，显著提升了织物毫米波器件的电磁性能稳定性与可靠性。
图3功能化液态金属油墨及原始块状液态金属与织物表面兼容性表征。
一种用于制备高精度液态金属织物的“双掩膜”印刷工艺
在毫米波频段下，射频器件对导体损耗及结构精度极为敏感。针对这一挑战，该工作创新性地提出一种高分辨率“双掩膜”印刷策略，实现织物上高精度且高导电性图案化制备。具体而言，作为上层掩模板，丝网印刷掩模板用于实现织物上精细结构的图案化，并确保功能化液态金属纳米油墨的均匀沉积。作为下层掩模板，基于热释放胶带所定制的模板掩模板，一方面能够减轻油墨在织物表面的边缘扩散，另一方面作为物理屏障在液态金属激活过程中限制氧化镓层的无序漂移，从而对已印刷的射频结构起到保护作用。该“双掩膜”印刷策略有机融合了模板印刷的高通量优势与丝网印刷的高分辨率特性，在织物基底上实现了高精度、高可靠性毫米波射频器件。
图4 “双掩膜”印刷工艺。
具备优异机械耐久性与电磁鲁棒性的液态金属织物毫米波器件
基于所特殊设计的功能化液态金属油墨与高分辨率“双掩模板”印刷技术的协同，该工作成功构建了形变不敏感、电磁性能鲁棒的液态金属织物，实现了在反复形变作用下仍可保持稳定可靠电磁传输的高性能毫米波器件。为验证该策略有效性，该工作实现了一种工作于26 GHz的液态金属织物天线阵列。实验证明，该天线在多次弯折后仍可保持9.65 dBi的稳定增益。此外，制备了一种基于液态金属织物的微带传输线，在经历弯曲等形变后传输性能几乎未发生衰减。与基于商业导电银浆及金属布的织物天线相比，该液态金属织物天线展现出更优异的机械可靠性，并能够在经历机械形变后仍可实现4.5米的高清图像无线传输距离，进一步验证了其在实际应用场景中的可行性。
图5液态金属毫米波织物天线的无线通信测试。
【总结与展望】
在毫米波频段下，射频器件对导体损耗、结构精度及可靠性要求极高，轻微性能退化即可导致电磁性能发生衰减甚至畸变。针对这一挑战，该工作提出一种兼具机械耐久性与电磁鲁棒性的液态金属织物，为构建下一代高性能可穿戴毫米波设备提供了一种新的技术路径。
本研究得到以下基金支持：
上海市科委重大项目(编号：25DX1400200)、江苏省重点基础研究专项(编号：BK20243015)、中央高校基本科研专项(编号：2242022k60004)、国家自然科学基金重点项目(编号：62231001)、江苏省优秀博士后人才资助项目(编号：2024ZB501)、中国博士后科学基金面上资助项目(编号：GZB20240140)。
原文链接：
L.Ju, B.Yu, R.Wang,etal. "Printable Liquid Metal-Textiles for Deformation-Insensitiveand Electromagnetically Robust mmWave Devices,"Advanced Science (2026).http://doi.org/10.1002/advs.202522350.
i学术i科研公众号本篇论文报道：“穿在身上的 5G！自愈合液态金属织物，抗弯折还能稳传高清信号”
链接："https://mp.weixin.qq.com/s/4PuxdzcHNK0Rc9o907fNiA"
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