镓基室温液态金属是一类新兴的材料,具有高表面张力、高导电性、高导热性、低蒸气压、低毒的特性,被广泛应用于柔性电子、机器人、医疗和能源设备等领域。液态金属液滴的制备及应用是液态金属研究的一个重要方向,这种液滴可以作为一个核心组件去实现特定功能。在本论文中,作者制备了一种具有高弹性、移动性和高机械稳定性的液态金属液滴,和一种无粘性、无腐蚀性的液态金属液滴浮动电极,并将液态金属液滴与弹性体共混制得一种形变复合材料。具体内容主要包括以下三个方面:第一,开发了一种简便可靠的方法制备机械性能优异的液态金属液滴。该液态金属液滴由一个液态金属内核,一层可防止液态金属氧化从而保持其高表面张力的薄层和一层能够增强液滴机械性能的颗粒穿插三维网络结构外壳组成。在该方法中,先使用NaOH水溶液处理液态金属(镓铟锡合金,GaInSn)液滴,除去其氧化膜,使其表面形成一层薄薄的抗氧化层。然后,使用聚四氟乙烯(PTFE)颗粒包覆处理后的液态金属液滴。得到的液态金属液滴展现出卓越的机械性能,包括高弹性、移动性和高机械稳定性。NaOH水溶液处理并包覆PTFE颗粒的液态金属液滴撞击基底后,第一次反弹高度为8.5mm左右,且至少可以连续进行9次回弹运动,弹跳运动结束后依然保持完整的球形。这种方法最大的突破是第一次实现了高弹性和高机械稳定性的液态金属液滴的制备,有利于拓宽液态金属液滴的应用范围。第二,PTFE包覆的液态金属液滴虽具备优异的机械性能,但不导电,使其在柔性电路中的应用受限。同时,为了解决液态金属腐蚀金属基底的问题。作者开发了一种制备高导电的石墨烯包覆的液态金属(Graphene-coated Liquid Metal,GLM)液滴的方法,并成功将它们用于不粘基底、无腐蚀性、可移动的软接触液滴型浮动电极。GLM液滴由液态金属内核和石墨烯片组成的外壳所构成。石墨烯外壳不仅能够防止液态金属液滴与基底接触,还可作为导电层,连通液态金属内核和基底。因此,这种制备方法能够同时控制液态金属液滴软电极的润湿性和导电性,使其与多种金属基底(如Au、Ag和Cu等)接触时都表现出不粘、非腐蚀性且保持高导电性的特性。GLM液滴的接触电阻仅约为0.87Ω。GLM液滴成功用于可移动、可回收的软接触电极,以及可反复开启/关闭电路的浮动电极。该研究对于开发新一代的液滴型柔性电路具有重要的意义。第三,将液态金属镓(Ga)液滴与弹性体聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合,制备形变复合材料。由于液态金属镓的密度远远大于PDMS密度,分散在PDMS预聚物中的液态金属液滴逐渐沉积在复合材料底部,预聚物固化后,可形成一种结构不对称的复合材料。低温处理后,镓液滴凝固,复合材料的杨氏模量瞬间增大。随着镓液滴的体积分数由0%增加到34.4%,复合材料的杨氏模量从1.4±0.1 MPa增加到了20.4±2.9 MPa。此外,由于富含镓液滴一侧和富含PDMS一侧的镓液滴含量的巨大差异,复合材料两侧的杨氏模量也相差较大。基于该复合材料两侧杨氏模量不对称的特点,作者通过预拉伸后冷冻的方法,使复合材料形变为所设计的形状,随后通过加热熔化镓液滴,使形变后的复合材料恢复原始形状,验证了该复合材料的形状记忆效应。