通过碳酸铜氢氧化物涂层进行激光诱导选择性金属化，在硅胶上制备导电图案

面向下一代可穿戴设备的可拉伸导线

从智能手表到医疗贴片，许多新型设备都需要柔软、与皮肤兼容的布线，能够弯曲和拉伸而不断裂。但在像硅胶这样有弹性的材料上制造金属电路出乎意料地困难：金属通常难以粘附，拉伸时易开裂，而且常常需要高温或有毒化学品来加工。本文介绍了一种温和的室温方法，能够直接在一种常用软硅橡胶上“绘制”铜导线，为更可靠、更舒适的可穿戴与植入式电子器件打开了可能性。

为什么软电子器件难以制造

可穿戴设备和柔性传感器必须贴合身体、随关节扭动，并在数千次拉伸循环中仍然传输干净的电信号。像Ecoflex这样的硅橡胶非常适合这项工作，因为它们极为柔软、可拉伸且具有良好的生物相容性。然而，它们极低的表面能使金属薄膜或导电墨水难以润湿和粘附。现有方法，例如印刷金属纳米颗粒墨水或嵌入液态金属，常常需要高温烧结、复杂的表面处理，或使用容易氧化、脱落或刺激皮肤的材料。该领域缺少一种能够在纯硅胶上简单、低毒地图案化稳健金属导线的方法，同时又不将硅胶变成僵硬或受损的复合材料。

在软硅胶上的激光“绘制”方法

研究者开发了一种改进工艺，称为激光诱导选择性金属化，可直接用于固化后的Ecoflex硅胶。首先，在硅胶表面轻喷一层绿色粉末——碳酸铜氢氧化物。然后用近红外激光仅沿所需电路路径扫描。激光能量在局部加热涂层和硅胶表面，使表面粗糙化，产生微小富碳区，并部分将铜离子还原为金属铜纳米颗粒。这些新形成的铜种子嵌入微纹理化的硅胶中，作为后续金属生长的锚点。未用的粉末可以冲洗、回收并重复使用，减少废料并避免颗粒永久负载到硅胶内部。

生长坚固、低电阻的铜通路

在激光处理定义出“活化”路径后，样品被浸入一个化学浴中，仅在存在种子的部位沉积一层薄铜。这一步的无电沉积形成连续但相对脆弱的金属薄膜。为增强其强度，团队加入了低温电镀步骤，将铜层增厚到约30微米。显微镜和元素分析显示，起初光滑的硅胶变得粗糙，随后逐步被越来越致密的铜层覆盖。机械测试表明，铜导线被牢固地锁定在硅胶中，其剥离强度远高于许多常见的柔性电极。通过将铜设计成蛇形结构，研究者在实现约125%应变的可拉伸性的同时，在数百次拉伸-释放循环中保持电阻变化很小。

从心电信号到柔性天线的应用

为证明该工艺的实用性，团队制作了若干演示器件。他们在透明Ecoflex上图案化铜导线，制作出无需额外粘合剂即可舒适贴合皮肤的软性心电图（ECG）贴片。志愿者佩戴时，该贴片在静息和轻微运动时均能记录清晰的心电信号，波形定义良好，满足临床解读所需。他们还制造了一个可拉伸电路，为一组蓝色LED供电，在硅胶弯曲和拉伸时仍持续发光，以及一个柔性无线充电天线，可在缠绕于圆柱体时仍能传输能量。这些示例表明该方法可支持可穿戴健康监测、柔性照明和通信硬件的实际应用。

这对日常技术意味着什么

简单来说，这项工作展示了如何仅用可回收粉末、扫描激光和适度的化学浴在非常软的硅胶上“印刷”坚固的铜布线——无需掩膜、高温或昂贵且高毒性的金属。所得电路兼具良好的电性能、强附着力和高可拉伸性，这些都是贴身或植入式设备所必需的。通过进一步改进铜的长期防氧化措施并将该方法扩展到其他塑料，这一策略有望让未来的可穿戴设备更薄、更软、更可靠，将医疗级传感和无线功能更紧密地融入日常服饰与类皮肤贴片中。

引用: Wei, Y., Yang, X., Tian, H. et al. Laser-induced selective metallization of conductive patterns on silicone via copper carbonate hydroxide coating. Microsyst Nanoeng 12, 96 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01207-2

关键词: 柔性电子, 可拉伸电极, 激光加工, 铜电镀, 可穿戴传感器