一，用于分子電子學(xué)的頂部電極

利用鎵銦合金的形狀可變性和可拉伸性等特點(diǎn)，可以制備鎵銦合金針尖頂部電極，來測量單分子層的電荷傳輸特性。同時由于鎵銦合金具有一定的流動性，從而可以在外力下被注入到微流體通道，而鎵銦合金表面原生氧化層的存在使其在這些通道中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而可以制備鎵銦合金微流體通道頂部電極結(jié)。制備基于鎵銦合金的新型功能分子結(jié)有助于下一代器件的發(fā)展，其中內(nèi)在的分子功能還可以用于新型電路的制備。

圖1?鎵銦合金針尖頂部電極可以被用來測量分子層特性。(a) 鎵銦合金針尖的制備過程。(b) 在AgTS基底上測量含有不同碳原子烷基硫醇的奇偶特性。(i) 電荷傳輸?shù)钠媾继匦裕唬╥i）SAM電阻（RSAM）及SAM-頂部鎵銦合金電極的奇偶特性（Rc,t）；（iii）SAM電容（CSAM）的奇偶特性。(c) 在Pt基底上含有二茂鐵基團(tuán)的烷基硫醇分子和不含有二茂鐵基團(tuán)的烷基硫醇整流特性對比。(d) 在AgTS基底上通過控制二茂鐵基團(tuán)在分子鏈中位置來調(diào)控整流特性。(e) 在Si基底上測量CPh-TPI分子層的整流特性。(i) CPh-TPI分子及實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖。(ii) 所測得的CPh-TPI分子層的電荷傳輸特性。(iii) 在2 V時的整流率直方圖分布。

圖2 鎵銦合金微流體頂部電極用來測量分子層特性。(a) 分子結(jié)陣列器件光學(xué)顯微鏡圖像和結(jié)處放大后的圖像。(b) 陣列結(jié)器件測量SC11Fc分子層的結(jié)構(gòu)示意圖及電流密度-電壓(J-V)曲線和整流率分布圖。(c) 微流體頂部電極結(jié)的示意圖和n-烷基硫醇分子層的J-V曲線。(d) 能夠可逆放置的微流體頂部電極陣列結(jié)的示意圖，其中通道3用來填充鎵銦合金，通道1和2應(yīng)用真空來使得通道3中的鎵銦合金完全填充小尺寸的通過孔，從而作為頂部電極。

圖3?帶鎵銦合金頂部電極的功能性單分子層結(jié)。(a) 雙功能單二極管-單電阻器分子記憶的證明：(i) 帶有methylviologen端基的烷基硫醇在正偏壓和負(fù)偏壓下的分子結(jié)；(ii)顯示滯后和整流的J-V特性。(b）基于螺吡喃?氰酸鹽光異構(gòu)化的三態(tài)分子開關(guān)，其中（i）顯示了兩種分子電導(dǎo)狀態(tài)，以及（ii）不同達(dá)到ON-OFF狀態(tài)的J–V特性。(c) 基于破壞性量子干涉的雙端分子存儲器顯示 (i) 分子結(jié)構(gòu)，（ii）由交叉共軛的中性和線性共軛的還原形式引起的量子干涉的差異，（iii）通過可逆開關(guān)實(shí)現(xiàn)的雙端分子存儲器。(d) 在基于鎵銦合金的雙層器件中，通過交換頂層來實(shí)現(xiàn)整流的操作數(shù)切換。

二， 柔性和可拉伸器件

液態(tài)金屬鎵銦合金可以用于制備傳感器，天線，電子電路等等。常見的基于液態(tài)金屬鎵銦合金的柔性傳感器主要是應(yīng)變傳感器，壓力傳感器，觸覺傳感器，溫度傳感器等。而將液態(tài)金屬如鎵銦合金注入微流體通道,通過利用液態(tài)金屬獨(dú)特的性質(zhì)，可以制備各種各樣的可調(diào)諧和可重組天線，例如偶極子，貼片，線圈，射頻天線等等。液態(tài)金屬還可以作為拉伸導(dǎo)體，互連線，結(jié)合常用的電路元器件，則可以制備柔性可彎曲的電子電路。

圖4 基于 鎵銦合金的應(yīng)變傳感器，觸摸傳感器，壓力傳感器，氣體傳感器和慣性傳感器應(yīng)用。(a) 鎵銦合金和丙烯酸組成的水凝膠電阻式應(yīng)變傳感器用于感知手指不同彎曲角度(左)和手腕彎曲(右)。(b) 可穿戴的液態(tài)金屬鎵銦合金-彈性體軟復(fù)合材料電容式應(yīng)變傳感器可用于檢測抓取不同大小物體時手指的運(yùn)動。(c) 液態(tài)金屬彈性泡沫（LMEF）觸覺傳感器用作檢測手指不同觸摸位置。(d) 摻雜鎵銦合金和熱變色材料的硅酮復(fù)合體可用于焦耳加熱溫度變色傳感和觸摸邏輯門電路。(e) 鎵銦合金?3D微流體通道嵌入的水凝膠用作壓力傳感器。(f) 基于鎵銦合金的交叉電容傳感器用于液相和氣相揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)檢測。(g) 基于鎵銦合金的慣性傳感器通過電容變化感知物體運(yùn)動。

圖5 基于鎵銦合金的電子電路。(a) 基于導(dǎo)電納米粘土的打印柔性電子工藝示意圖(左)，被應(yīng)用于皮膚上的功能性LED電子電路（右）。(b) 利用‘’剝離前‘’的方法制備的PDMS封裝的液態(tài)金屬電路 (左)，插圖為器件的橫截面圖。用雙反印刷技術(shù)制作的可編程柔性印刷電路可以隨意彎曲(右)。(c) 在SIS超彈性粘結(jié)劑中混合銀片和鎵銦合金制備的雙相AgInGaSIS復(fù)合油墨具有良好的拉伸性能，可用于制備多層可拉伸印刷電路。（d）由液態(tài)金屬微納米液滴，PVA，CNC構(gòu)成的Janus薄膜的橫截面示意圖(左)，擦拭方法示意圖(中), 利用Janus薄膜在剪切力下的單面導(dǎo)電性可以用于制備LED陣列電路(右)。(e) 利用3D液態(tài)金屬互聯(lián)線制備的LED陣列示意圖(上)及實(shí)物圖(左下)，平整和彎曲下的電流-電壓特性(右下)。(f) 使用熱成型模擬和預(yù)變形圖案生成方法制備3D電子的流程。(g) 帶有綠色模具的3D LED電路的制作（左），3D LED電子電路的原始狀態(tài)(中)和可拉伸形變(右)。

三，能源器件和能源催化

利用液態(tài)金屬鎵銦合金的高熱導(dǎo)率可以進(jìn)行熱量管理，它不僅可以利用施加電流時產(chǎn)生的焦耳熱來制備加熱器件，還可以用做冷卻劑對器件進(jìn)行降溫處理。液態(tài)金屬鎵銦合金由于其柔軟可形變性，可以通過外界（例如電場，磁場等）精細(xì)控制馬達(dá)運(yùn)動方向而被應(yīng)用于貨物運(yùn)輸，微型機(jī)器人等場合中。液態(tài)金屬鎵銦合金還可用于制備發(fā)電機(jī)。常見的基于液態(tài)金屬的發(fā)電機(jī)有熱電發(fā)電機(jī)(TEG)，摩擦電納米發(fā)電機(jī)(TENG)，磁流體發(fā)電機(jī)(MHD)等等。液態(tài)金屬鎵銦合金良好的變形能力和自愈性能，減緩了傳統(tǒng)剛性堿金屬電池使用過程中枝晶的生長和裂紋的出現(xiàn)，并在高電流密度下實(shí)現(xiàn)較好的充放電效率，這為新一代高能量密度的可充電電池提供了發(fā)展道路。此外，液態(tài)金屬鎵銦合金可作為二維材料制備的催化劑，來輔助制備多種二維材料。而且液態(tài)金屬催化劑中不僅可以加速氧化聚合的作用，還可以用作還原劑促進(jìn)催化反應(yīng)的進(jìn)行。

圖6 基于鎵銦合金的熱量管理器件。(a) 液態(tài)金屬填充的磁流變彈性體（LMREE）用作壓力敏感的加熱器件的工作原理，(b) 加熱器應(yīng)用磁場之后不同時間階段薄膜的溫度變化，(c) 溫度改變和施加壓力的關(guān)系，(d) 溫度改變和應(yīng)變的關(guān)系。(e) 使用雜化液態(tài)金屬-水混合冷卻系統(tǒng)和純水冷卻系統(tǒng)時冷板加熱過程中的溫度變化，插圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。（f）不同體積流量下冷板和液態(tài)金屬輸入口及輸出口的溫度變化。

四，生物醫(yī)學(xué)

相對于傳統(tǒng)的藥物載體，液態(tài)金屬由于具有生物兼容性和粘附性，可以和藥物分子形成穩(wěn)定安全有效的核殼結(jié)構(gòu)，還可以通過光場，磁場等手段來控制其運(yùn)動，并且其可變形性則減少了運(yùn)動過程中血管堵塞的可能性，實(shí)現(xiàn)了在特定位置處藥物的快速釋放，從而被應(yīng)用于納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如藥物傳遞，腫瘤治療，生物成像，神經(jīng)連接等。

五， 其他領(lǐng)域

除了上述的應(yīng)用外，液態(tài)金屬鎵銦合金還可以用于其他的一些領(lǐng)域。例如可以用作電極制備場效應(yīng)管和電阻開關(guān)，測量微納材料的光電特性及溫度特性等等。