东南大学张久洋团队在液态金属-半导体界面与柔性拓扑电路研究方面取得重要进展

（通讯员 韦江丽）近日，东南大学化学化工学院、无锡校区张久洋教授团队在国际知名期刊《Nature Communications》（《自然-通讯》）上发表了题为《Regulated liquid metal via semiconductor valve toward highly stretchable topological circuits》（通过半导体阀调控液态金属以实现高拉伸拓扑电路）的研究论文。

随着可穿戴设备、电子皮肤和软体机器人等柔性电子产品的快速发展，对兼具机械顺应性、电气稳定性和多功能集成的可拉伸电路的需求日益增长。然而，传统柔性导电材料往往难以同时兼顾高导电性与高拉伸性，与此同时，目前多数柔性电路仍以二维平面结构为主，空间拓扑设计受到限制，难以充分发挥柔性电子在三维结构集成方面的潜力。

液态金属因其室温流动性和高导电性成为制造三维柔性电路的理想材料。但其本征欧姆导电特性使其通常只能承担互连导线的角色，无法像半导体一样对载流子传输方向进行调控。此外，现有的柔性整流器拉伸性通常受限（<100%），且传统的二维薄膜形态限制了三维电路的空间设计自由度。

针对上述难题，张久洋团队将单面镀金的p型硅片嵌入液态金属流体中，巧妙利用两者之间的功函数差异诱导出不对称的界面势垒，从而在液态金属内部构建了一个“阀门”（LM-SV），实现了载流子的单向传输。当材料受力变形时，液态金属的内在流动性使其能够与半导体保持紧密共形接触。该策略改变了液态金属的作用，使其从被动的导电互联转变为积极参与界面载流子传输调控的主动元件。更为重要的是，得益于液态金属在三维空间中的重构互穿能力，LM-SV基柔性电路能够克服传统二维电路的布线限制，实现从二维平面布局到三维空间架构的转换。

研究表明，该LM-SV策略赋予了柔性电路优异的综合性能。封装后的LM-SV展示了高可拉伸性（约1000%应变），在500%应变下循环拉伸1000次后仍能保持单向导电性，且在−5至100°C宽温区及1Hz至5MHz宽频范围内运行稳定。此外，通过调节液态金属（如镓-铟合金）的成分比例，可便捷地将LM-SV的开关电压在0.43V至0.80V之间进行调控。凭借界面单向导电与液态金属流动性的协同作用，基于LM-SV的电路可通过简单的堆叠、连接和阻断等物理操作进行动态拓扑重构，电路功能能够在截止和整流，或门和与门之间实现转换。进一步地，团队还将LM-SV与可拉伸天线集成，制造了一种无线供电的可拉伸射频逻辑门电路，该系统在200%的拉伸应变等机械形变下，仍能将射频信号转换为直流电并驱动逻辑运算，展示了LM-SV策略在复杂柔性电子系统中的良好应用潜力。

该论文第一作者为博士研究生韦江丽，张久洋教授与耶鲁大学彭燕博士为共同通讯作者，东南大学为第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等基金资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77296-4

供稿：化学化工学院

（责任编辑：翟梦杰 审核：宋业春）