利用收缩转移辅助在纤维上打印微电路

点亮衣物纤维

想象一下，你T恤或安全背心的纤维本身就能像微型电路板一样工作，为灯光、传感器或显示器供电，而无需缝在外面的笨重设备。本文介绍了一种将微观电子电路直接打印到细纤维上的新方法，使看似普通的纱线能够隐匿复杂电子器件，用于智能服装、医疗监测和视觉通信。

为何在纤维上做电路如此困难

现代电子器件建立在平整、刚性的基板上，可以非常精确地图案化微小的金属线。相比之下，纤维细长、狭窄且呈曲面。那些在晶圆或塑料片上运行良好的标准印刷和光刻方法，在仅几百微米直径的圆柱表面上就难以发挥作用。因此，目前大多数“电子纺织品”仍依赖于粘贴小型刚性元件或沿纤维涂覆材料，这限制了系统的密度、复杂性和舒适性。

收缩包裹法

研究团队用一种两步法解决了这一形状不匹配问题，他们称之为收缩转移辅助打印（shrinkage-transfer-assisted printing，STAP）。首先，他们使用普通丝网印刷设备在平整、可拉伸的硅胶片上打印基于液态金属的电路。所用金属是室温附近液态的镓铟合金，但可作为由丝素蛋白（丝素或丝胶蛋白）在水中稳定化的微小颗粒来操作。印刷后，他们让预拉伸的硅胶回缩。随着硅胶的收缩，图案化的金属线被拉得更近，将电路在面积上“微型化”多达80%，同时保持图案完整。在收缩过程中，颗粒被挤压，外层包膜破裂并融合成连续的导电通路。

温和地将电路转移到纤维上

第二步，将这些收缩后的微电路从平片转移到真实纤维上。团队使用超薄聚乙烯醇（PVA）薄膜作为临时载体。电路从硅胶剥离到PVA上，然后将带有金属图案的PVA覆盖在芳纶（aramid）纤维上。当在界面处加入少量水时，毛细力会自然将液体拉向纤维，软化PVA并使其紧密包裹。随着PVA溶解消失，它留下了完全环绕纤维的连续金属线圈，360°周向的间隙变化小于5%。

单股纤维上的高分辨率耐用电路

该方法可实现最小约60微米的电路特征宽度，以及最小35微米的电极间隙，超越了常规丝网印刷的典型限制。更重要的是，所得纤维器件并非脆弱的展示品：在以1.6厘米半径弯曲进行16,000次循环后，它们仍保持约98.6%的电导率，并且在弯曲到几毫米半径之前不会出现严重的性能下降。镓铟合金的液态特性使金属通路在纤维弯曲时能够微量流动，从而避免固态导线易出现的裂纹。

从智能纤维到微型显示

为了展示这些纤维的应用，作者制作了一种线状电致发光显示器。在将微电路形成于芳纶纤维后，他们在其上喷覆了一层由微小硫化锌颗粒嵌入软聚合物中的发光层。当施加交流电压时，纤维上相邻电极之间形成强电场，激发颗粒发光。通过精确调节电极间距，团队发现了一个最佳区间——约50–60微米——在此范围内亮度高且不发生电击穿。一种巧妙的接线方案使沿单根纤维的若干独立光“像素”仅用少量接触点即可分别控制。

对未来服装的意义

简言之，这项工作将易于平面印刷的电路转变为绕在发丝般细线上的微小、坚固且柔性的电路。STAP方法将熟悉的大规模印刷与可控收缩和自驱动包裹过程相结合，克服了电子纺织长期存在的几何难题。由此制得的纤维能够承载高密度、耐用的电路，甚至多像素显示，且可像普通纱线一样织入织物。随着该技术的改进与规模化，它有望使日常服装在其织物结构中悄然融合显示、传感和通信功能。

引用: Jin, J., Zou, M., Liu, D. et al. Shrinkage-transfer-assisted printing of microcircuits on fibers. Nat Commun 17, 2864 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69640-5

关键词: 纤维电子学, 可穿戴显示, 液态金属电路, 电子纺织品, 柔性微电路