柔性 / 可拉伸电子器件因优异的机械顺应性，为表皮电子、柔性机器人等新一代人机交互系统提供了创新方向，这类系统需与人体或外部环境无障碍交互，对界面柔软性与人体工程学设计要求极高。过去数十年，科研人员围绕材料研发、机械设计等开展大量研究，产业界如休曼科技也聚焦柔性电子与 3D 打印技术融合，推动技术从实验室走向实际应用，共同为柔性电子领域发展注入动力。

在柔性电子材料中，镓基液态合金凭借高机械可靠性（含自修复能力）、体相耐久性、可拉伸射频器件高性能等优势，成为研究热点。目前已开发出毛细管填充、直接印刷、3D 印刷等多种制造技术，部分技术通过金属颗粒或分散剂修饰液态合金以提升印刷质量。但多数技术仍基于平面图形化，难以满足动态场景（如交互式柔性机器人）与复杂表面（如三维保形电子器件）的需求；同时，缺乏与柔版印刷等主流工业技术兼容的工艺，制约液态合金电路高效规模化生产。

针对上述问题，本研究提出高效的液态合金柔版印刷方法：通过选择性修饰材料基体形态调控液态合金润湿性，在紫外处理的硅胶印章（印版）上形成选择性液态合金图形，再将其转移至目标基底，实现多材料表面的电路印刷。依托硅胶印版优异的顺应性，电路可直接保形印刷于三维复杂表面，无额外应力产生，也避免长期使用后的疲劳或形态恢复问题，这一特性与休曼科技在 3D 打印复杂结构件表面集成功能电路的需求高度匹配。

实现液态合金柔版印刷的关键是制备两亲性印版：需能选择性吸附液态合金 “油墨”，并高效转移至 EcoFlex 硅胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等目标基底。镓基液态合金表面张力高且易形成类固态氧化层，即便在 PDMS 等低表面能材料上也易附着，因此制备超疏液态合金表面、实现润湿性选择性调控至关重要。

当液态合金接触印版的超疏区域时，会被排斥并自动滚动至亲液态合金区域，在印版上形成清晰图形；与目标基底接触分离后，图形即可转移至基底完成印刷。研究采用紫外激光打标机制备印版的微 / 纳米表面形态，同时选用掺碳 PDMS（cPDMS）制作印章以提升光吸收能力 —— 这种工艺设计兼顾精度与效率，与休曼科技在 3D 打印器件表面功能化过程中对工艺兼容性、适配性的要求相呼应。

得益于硅胶印版的高顺应性，该技术不仅能在平面基底印刷复杂电路（如 200μm 宽螺旋电路、“脑部形态” 树枝状电路），还可在半球面、圆锥侧面等三维可展 / 不可展表面实现保形印刷。尤为重要的是，对草莓表面等曲率剧烈变化的复杂结构，电路能精准贴合微小凹坑曲率，无间隙存在，为复杂三维器件的功能集成提供可能。

根据卡西定律，空气环境中液态合金与基底的接触角（润湿性）可通过接触面积分数调控，而接触面积分数与基底粗糙度（表面形态）直接相关。本研究通过紫外激光修饰 cPDMS 表面，构建微 / 纳米结构，这些结构能捕获空气、减少液态合金氧化层与表面的有效接触，从而增强疏液特性（图 2A）。

实验表明，激光功率固定时，扫描速度与相邻扫描线间距（ΔL）共同决定表面形态：ΔL 越小（空间密度越高），表面粗糙度越大；当 ΔL 不小于激光光斑宽度（0.02mm）时，扫描速度提升会降低能量密度，使表面更光滑；当 ΔL 小于光斑宽度时，表面被完全烧蚀，粗糙度基本不变（图 2B）。

润湿性测试显示，紫外处理的 cPDMS 表面（粗糙度 8.0、4.5、3.0、0.8μm）静态接触角约 160°，略高于未处理表面（约 144°），但两者前进角与后退角差异显著：处理表面的角度差值小于 8°，未处理表面超 140°，意味着液态合金易从处理表面脱离。能量计算进一步验证，移除处理表面液态合金液滴需能（6.21×10⁻²-6.72×10⁻²N/m）远低于未处理表面（1.38-1.39N/m），确保印版能形成清晰图形，为印刷质量提供保障。

该柔版印刷技术在当前条件下，可实现线宽 20μm、线间距 40μm 的稳定线路。印刷过程中，液态合金先转移至印版，再转移至目标基底，受激光光斑影响，印版线宽略小于设计值、大于基底线宽（图 3A）；因采用开放式储液池，线路高度随线宽增加而提升，未来可借鉴工业柔版印刷的网格储液池设计，实现线路高度平整化。

技术兼容性广泛，除 PDMS 外，还可在 EcoFlex、乙烯基胶带、玻璃、聚酯等基底印刷，能制作直线、曲线、正方形阵列、“中国结” 等复杂图形（图 3C-E）。无需专用 3D 打印设备，即可在刚性与柔性三维基底实现保形印刷，通过集成元件可组成功能电路（如带 LED 的螺旋电路）。

可靠性测试显示，印版可重复使用 100 次以上，印刷线宽变化小，线路电阻稳定；电路在 30% 应变下经 10,000 次循环拉伸后仍正常工作（图 3G-H），这种耐久性可满足休曼科技等企业在 3D 打印柔性器件长期使用中的性能需求。

通过线路层堆叠，该技术可制备多层三维柔性器件：如 64 个 LED 组成的阵列，能在任意变形下显示字母、数字等图案，可基于外部机械刺激动态反馈信息（图 4A）；印刷于纺锤形硅胶的三维椭圆形天线，在 555MHz 频率下反射系数达 – 36dB，射频性能优异（图 4B）。

在硅胶草莓表面（三维不可展表面）的印刷演示中，电路不仅贴合整体轮廓，还精准适配微小凹坑，即便经摇晃、扭转、挤压、摩擦等剧烈变形，仍保持稳定工作（图 4C-D）。这种高保真保形能力，可解决休曼科技在 3D 打印复杂结构（如仿生器官模型）表面集成传感电路的技术难题。

从产业适配性来看，该技术设备投入低（核心设备为约 3 万美元的紫外激光打标机），可在普通实验室操作；典型平面印刷案例仅需 82 分钟完成（表 1），效率较高。经自动化改造后，可适配现有工业设备（如机器人辅助印刷），在基底类型与生产批量上具备灵活性，与休曼科技等企业的规模化生产需求相契合，为柔性电子产业化提供可行方案。

结论

本研究通过紫外激光选择性粗糙化，制备出柔性液态合金两亲性印版，实现了平面及三维不可展表面的高保真保形印刷，解决了传统平面工艺的应用局限。技术具备高精度（线宽 20μm）、高可靠性（10,000 次循环拉伸稳定）、高兼容性（多基底适配）等优势，且与工业流程兼容、设备成本低。

该研究为液态合金柔性电子器件大规模制造提供高效路径，与休曼科技在柔性电子与 3D 打印融合领域的探索形成协同，未来可进一步联合开发复杂三维功能器件，推动柔性电子在医疗仿真、可穿戴设备、智能机器人等领域的应用落地，为行业发展注入新动力。

印版制备：cPDMS 印章由 PDMS（基底 / 固化剂 10:1）与 0.2g 炭黑混合，经搅拌、脱泡后，90°C 固化 45 分钟制成。

印刷工艺：紫外激光（50kHz 重复频率、0.10μs 脉宽）处理印版，清洁后吸附液态合金（镓铟锡合金），轻压转移至目标基底，按需封装。

表征方法：采用液滴形状分析设备测接触角，超景深显微镜测表面粗糙度与线路轮廓，扫描电镜表征表面形态，动态力学测试系统与万用表测电路机械可靠性。

本研究围绕柔性电子器件制备中的 3D 保形印刷难题，提出了基于表面形态修饰调控液态合金润湿性的柔性版印刷技术，为液态合金基柔性电子的规模化应用开辟了关键路径。该技术通过紫外激光选择性构建微纳米表面结构，成功实现了液态合金在柔性印版上的精准吸附与转移，既突破了传统平面工艺对复杂表面适配性的限制，又凭借硅胶印版的优异顺应性，达成了对草莓表面微小凹陷等 3D 复杂形貌的高保真保形印刷，且印刷电路在 10,000 次循环拉伸后仍能稳定工作，充分验证了其机械可靠性。

更重要的是，该技术与现有印刷工业流程高度兼容，仅需低成本设备即可完成制备，单次平面印刷耗时仅 82 分钟，为未来柔性电子的量产提供了兼具经济性与高效性的解决方案。从 64 LED 阵列的动态显示到 3D 椭圆形天线的性能达标，一系列应用演示进一步证明了该技术在可拉伸智能设备、柔性机器人等领域的巨大潜力。后续研究可围绕更精细线路印刷（突破 20 μm 线宽）、多材料兼容优化及多层电路集成展开，持续推动柔性电子器件向更高性能、更复杂功能与更广泛场景演进。