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一，用于分子電子學(xué)的頂部電極

利用鎵銦合金的形狀可變性和可拉伸性等特點，可以制備鎵銦合金針尖頂部電極，來測量單分子層的電荷傳輸特性。同時由于鎵銦合金具有一定的流動性，從而可以在外力下被注入到微流體通道，而鎵銦合金表面原生氧化層的存在使其在這些通道中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而可以制備鎵銦合金微流體通道頂部電極結(jié)。制備基于鎵銦合金的新型功能分子結(jié)有助于下一代器件的發(fā)展，其中內(nèi)在的分子功能還可以用于新型電路的制備。

圖1?鎵銦合金針尖頂部電極可以被用來測量分子層特性。(a) 鎵銦合金針尖的制備過程。(b) 在AgTS基底上測量含有不同碳原子烷基硫醇的奇偶特性。(i) 電荷傳輸?shù)钠媾继匦?；（ii）SAM電阻（RSAM）及SAM-頂部鎵銦合金電極的奇偶特性（Rc,t）；（iii）SAM電容（CSAM）的奇偶特性。(c) 在Pt基底上含有二茂鐵基團的烷基硫醇分子和不含有二茂鐵基團的烷基硫醇整流特性對比。(d) 在AgTS基底上通過控制二茂鐵基團在分子鏈中位置來調(diào)控整流特性。(e) 在Si基底上測量CPh-TPI分子層的整流特性。(i) CPh-TPI分子及實驗結(jié)構(gòu)示意圖。(ii) 所測得的CPh-TPI分子層的電荷傳輸特性。(iii) 在2 V時的整流率直方圖分布。

圖2 鎵銦合金微流體頂部電極用來測量分子層特性。(a) 分子結(jié)陣列器件光學(xué)顯微鏡圖像和結(jié)處放大后的圖像。(b) 陣列結(jié)器件測量SC11Fc分子層的結(jié)構(gòu)示意圖及電流密度-電壓(J-V)曲線和整流率分布圖。(c) 微流體頂部電極結(jié)的示意圖和n-烷基硫醇分子層的J-V曲線。(d) 能夠可逆放置的微流體頂部電極陣列結(jié)的示意圖，其中通道3用來填充鎵銦合金，通道1和2應(yīng)用真空來使得通道3中的鎵銦合金完全填充小尺寸的通過孔，從而作為頂部電極。

圖3?帶鎵銦合金頂部電極的功能性單分子層結(jié)。(a) 雙功能單二極管-單電阻器分子記憶的證明：(i) 帶有methylviologen端基的烷基硫醇在正偏壓和負(fù)偏壓下的分子結(jié)；(ii)顯示滯后和整流的J-V特性。(b）基于螺吡喃?氰酸鹽光異構(gòu)化的三態(tài)分子開關(guān)，其中（i）顯示了兩種分子電導(dǎo)狀態(tài)，以及（ii）不同達到ON-OFF狀態(tài)的J–V特性。(c) 基于破壞性量子干涉的雙端分子存儲器顯示 (i) 分子結(jié)構(gòu)，（ii）由交叉共軛的中性和線性共軛的還原形式引起的量子干涉的差異，（iii）通過可逆開關(guān)實現(xiàn)的雙端分子存儲器。(d) 在基于鎵銦合金的雙層器件中，通過交換頂層來實現(xiàn)整流的操作數(shù)切換。

二， 柔性和可拉伸器件

液態(tài)金屬鎵銦合金可以用于制備傳感器，天線，電子電路等等。常見的基于液態(tài)金屬鎵銦合金的柔性傳感器主要是應(yīng)變傳感器，壓力傳感器，觸覺傳感器，溫度傳感器等。而將液態(tài)金屬如鎵銦合金注入微流體通道,通過利用液態(tài)金屬獨特的性質(zhì)，可以制備各種各樣的可調(diào)諧和可重組天線，例如偶極子，貼片，線圈，射頻天線等等。液態(tài)金屬還可以作為拉伸導(dǎo)體，互連線，結(jié)合常用的電路元器件，則可以制備柔性可彎曲的電子電路。

圖4 基于 鎵銦合金的應(yīng)變傳感器，觸摸傳感器，壓力傳感器，氣體傳感器和慣性傳感器應(yīng)用。(a) 鎵銦合金和丙烯酸組成的水凝膠電阻式應(yīng)變傳感器用于感知手指不同彎曲角度(左)和手腕彎曲(右)。(b) 可穿戴的液態(tài)金屬鎵銦合金-彈性體軟復(fù)合材料電容式應(yīng)變傳感器可用于檢測抓取不同大小物體時手指的運動。(c) 液態(tài)金屬彈性泡沫（LMEF）觸覺傳感器用作檢測手指不同觸摸位置。(d) 摻雜鎵銦合金和熱變色材料的硅酮復(fù)合體可用于焦耳加熱溫度變色傳感和觸摸邏輯門電路。(e) 鎵銦合金?3D微流體通道嵌入的水凝膠用作壓力傳感器。(f) 基于鎵銦合金的交叉電容傳感器用于液相和氣相揮發(fā)性有機化合物(VOC)檢測。(g) 基于鎵銦合金的慣性傳感器通過電容變化感知物體運動。

圖5 基于鎵銦合金的電子電路。(a) 基于導(dǎo)電納米粘土的打印柔性電子工藝示意圖(左)，被應(yīng)用于皮膚上的功能性LED電子電路（右）。(b) 利用‘’剝離前‘’的方法制備的PDMS封裝的液態(tài)金屬電路 (左)，插圖為器件的橫截面圖。用雙反印刷技術(shù)制作的可編程柔性印刷電路可以隨意彎曲(右)。(c) 在SIS超彈性粘結(jié)劑中混合銀片和鎵銦合金制備的雙相AgInGaSIS復(fù)合油墨具有良好的拉伸性能，可用于制備多層可拉伸印刷電路。（d）由液態(tài)金屬微納米液滴，PVA，CNC構(gòu)成的Janus薄膜的橫截面示意圖(左)，擦拭方法示意圖(中), 利用Janus薄膜在剪切力下的單面導(dǎo)電性可以用于制備LED陣列電路(右)。(e) 利用3D液態(tài)金屬互聯(lián)線制備的LED陣列示意圖(上)及實物圖(左下)，平整和彎曲下的電流-電壓特性(右下)。(f) 使用熱成型模擬和預(yù)變形圖案生成方法制備3D電子的流程。(g) 帶有綠色模具的3D LED電路的制作（左），3D LED電子電路的原始狀態(tài)(中)和可拉伸形變(右)。

三，能源器件和能源催化

利用液態(tài)金屬鎵銦合金的高熱導(dǎo)率可以進行熱量管理，它不僅可以利用施加電流時產(chǎn)生的焦耳熱來制備加熱器件，還可以用做冷卻劑對器件進行降溫處理。液態(tài)金屬鎵銦合金由于其柔軟可形變性，可以通過外界（例如電場，磁場等）精細控制馬達運動方向而被應(yīng)用于貨物運輸，微型機器人等場合中。液態(tài)金屬鎵銦合金還可用于制備發(fā)電機。常見的基于液態(tài)金屬的發(fā)電機有熱電發(fā)電機(TEG)，摩擦電納米發(fā)電機(TENG)，磁流體發(fā)電機(MHD)等等。液態(tài)金屬鎵銦合金良好的變形能力和自愈性能，減緩了傳統(tǒng)剛性堿金屬電池使用過程中枝晶的生長和裂紋的出現(xiàn)，并在高電流密度下實現(xiàn)較好的充放電效率，這為新一代高能量密度的可充電電池提供了發(fā)展道路。此外，液態(tài)金屬鎵銦合金可作為二維材料制備的催化劑，來輔助制備多種二維材料。而且液態(tài)金屬催化劑中不僅可以加速氧化聚合的作用，還可以用作還原劑促進催化反應(yīng)的進行。

圖6 基于鎵銦合金的熱量管理器件。(a) 液態(tài)金屬填充的磁流變彈性體（LMREE）用作壓力敏感的加熱器件的工作原理，(b) 加熱器應(yīng)用磁場之后不同時間階段薄膜的溫度變化，(c) 溫度改變和施加壓力的關(guān)系，(d) 溫度改變和應(yīng)變的關(guān)系。(e) 使用雜化液態(tài)金屬-水混合冷卻系統(tǒng)和純水冷卻系統(tǒng)時冷板加熱過程中的溫度變化，插圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。（f）不同體積流量下冷板和液態(tài)金屬輸入口及輸出口的溫度變化。

四，生物醫(yī)學(xué)

相對于傳統(tǒng)的藥物載體，液態(tài)金屬由于具有生物兼容性和粘附性，可以和藥物分子形成穩(wěn)定安全有效的核殼結(jié)構(gòu)，還可以通過光場，磁場等手段來控制其運動，并且其可變形性則減少了運動過程中血管堵塞的可能性，實現(xiàn)了在特定位置處藥物的快速釋放，從而被應(yīng)用于納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如藥物傳遞，腫瘤治療，生物成像，神經(jīng)連接等。

五， 其他領(lǐng)域

除了上述的應(yīng)用外，液態(tài)金屬鎵銦合金還可以用于其他的一些領(lǐng)域。例如可以用作電極制備場效應(yīng)管和電阻開關(guān)，測量微納材料的光電特性及溫度特性等等。