可变刚度电子器件处于自适应技术的前沿，能够使单个设备根据其使用场景在刚性和柔性模式之间转换。镓是一种以固态和液态之间高刚度对比而闻名的金属，是此类应用的有希望的候选材料。然而，镓的应用一直受到诸多挑战的阻碍，包括高表面张力、低粘度以及制造过程中不良的相变。

韩国科学技术研究院(KAIST)和首尔国立大学的研究人员团队近日研发出一种电子墨水，可在室温下打印出能够在刚性和柔性模式之间切换的可变刚度电路。这一进展标志着我们向下一代可穿戴、可植入和机器人设备迈出了重要的一步。

由韩国科学技术研究院电气工程学院的 Jae-Woong Jeong 教授、首尔国立大学数字医疗专业的 Seongjun Park 教授和韩国科学技术研究院材料科学与工程系的 Steve Park 教授领导的团队在《科学进展》上发表了他们的研究成果。

这种新型油墨兼具可印刷的粘度和优异的导电性，能够构建与商用印刷电路板 (PCB) 相当的复杂、高分辨率多层电路。这些电路可以根据温度动态改变刚度，为多功能电子、医疗技术和机器人技术带来新的机遇。

传统电子产品通常具有固定的外形尺寸——要么是坚固耐用的刚性，要么是易于穿戴的柔软性。智能手机和笔记本电脑等刚性设备性能强劲，但佩戴时不舒适;而柔性电子产品佩戴舒适，但操控性欠佳。随着人们对可根据环境调节刚度的设备的需求日益增长，可变刚度电子产品正变得越来越重要。

为了应对这一挑战，研究人员将目光聚焦于熔点略低于体温的镓。固态镓非常坚硬，而液态镓则流动性强且柔软。尽管镓潜力巨大，但由于其高表面张力和熔化时的不稳定性，它在电子印刷中的应用受到了限制。

该团队开发了一种pH值可控的液态金属墨水打印工艺。通过使用中性溶剂(二甲基亚砜，DMSO)，他们将微米级镓颗粒分散到亲水性聚氨酯基质中，从而制备出一种稳定、高粘度的墨水，适用于精密打印。在打印后加热过程中，DMSO分解形成酸性环境，从而去除镓颗粒上的氧化层。这促使颗粒聚结成具有可调机械性能的导电网络。

由此产生的印刷电路具有精细的特征尺寸(约 50 μm)、高电导率(2.27 × 10⁶ S/m)以及高达 1,465 的刚度调制比，使材料能够从类似塑料的刚性转变为类似橡胶的柔软度。此外，该油墨与丝网印刷和浸涂等传统印刷技术兼容，支持大面积和 3D 器件制造。

该团队通过开发一种多功能设备展示了这项技术。该设备在正常情况下可作为刚性便携式电子设备运行，但贴在身体上后会变成柔软的可穿戴医疗保健设备。他们还发明了一种神经探针，它在手术插入过程中保持刚性，以便精确定位，但一旦进入脑组织就会变软，以减少炎症——这凸显了其在生物医学植入物领域的潜力。

“这项研究的核心成果在于，我们通过创新技术克服了液态金属打印领域长期以来的挑战，”郑教授说道。“通过控制油墨的酸度，我们能够实现打印镓粒子的电气和机械连接，从而能够在室温下制造出高分辨率、大面积、刚度可调的电路。这为未来的个人电子产品、医疗设备和机器人技术开辟了新的可能性。”

更多信息： Simok Lee 等人，《相变金属墨水与 pH 控制化学烧结技术，用于多功能、可扩展地制造可变刚度电子产品》，《科学进展》(2025 年)。期刊信息： Science Advances