香港理工大學科研人員開發了一種嶄新的可拉展導電材料，其透氣度高、極具彈性而且導電性能優良，有助製造各種單片可拉展電子器件。由於能在細小的範圍內結合多個部件，有關產品便可配備多項功能，而且適合長時間配戴。物料可廣泛應用於健康監測設備、軟體機械人以及貼在皮膚上的電子裝置。

時至今日，穿戴式電子技術如健身追蹤器和智能手錶皆隨處可見；智能眼鏡和生物識別衣物也日趨盛行； 而電子皮膚與電子眼睛亦不再只是科幻小說中的發明。隨著穿戴式技術產品的種類日漸增多，業內人士預料，穿戴式電子裝置將會是繼智能電話以後，另一個龐大市場。

可拉展式電子產品不斷快速革新。基底層內置了電路板的設備可見於在醫護行業使用的電子皮膚貼及植入裝置。現時的可拉展電子儀器皆由不透氣的彈性厚片製造，這排除了產品多層設計的可能性，也有礙進一步發展具備先進功能的器件。長時間配戴低透氣度的設備亦可能會引致皮膚敏感、發炎及其他健康問題。

新型導電體 —— 高彈性、極透

由理大紡織及服裝學系鄭子劍教授所領導，並由應用物理學系、生物醫學工程學系跨學科科研人員組成的研究團隊，在研發高透氣、超彈性的導電材料方面，最近取得了技術突破。研究項目的結果 Permeable superelastic liquid-metal fibre mat enables biocompatible and monolithic stretchable electronics 已於權威期刊 Nature Materials 上發表。

這種嶄新的導電材料名為「液態金屬纖維氈」（liquid-metal fibre mat）。製作「液態金屬纖維氈」有兩個主要步驟：首先是以靜電紡絲這個獨特的製作方法，把液態金屬塗抹或打印於具備天然橡膠彈性的纖維氈上；然後是反覆拉展已塗上液態金屬的纖維氈，直至懸掛在彈性纖維氈之間的液態金屬形成橫向多孔、縱向彎曲的結構。

研究團隊選擇了使用共晶鎵銦合金（EGaIn）作為「液態金屬纖維氈」的導電原料，並打印在由苯乙烯－丁二烯－苯乙烯（poly(styrene-block-butadiene-blockstyrene)，SBS）製成的可拉展纖維氈上。

鄭教授表示：「EGaIn 是一種普遍使用於軟電子，例如可屈曲電路板上的液態金屬。它在室溫下仍能保持液體狀態，且導電能力高、毒性低。當暴露在空氣時，這種物質能在表面迅速形成薄薄一層氧化物（Ga₂O₃），使其保持一定形狀。至於 SBS 則是一種通常用於手套、氣球等橡膠產品的彈性物料。」

因此，「液態金屬纖維氈」具備超彈性和極高透氣度。一個在實驗室製作的樣本顯示，其透氣度較平常使用的護理膠布高 22 倍。此外，經拉力測試後，物料仍可維持穩定的導電能力。當進一步在兔子皮膚上測試時，「液態金屬纖維氈」更展示出極佳的生物相容性，不會導致皮膚敏感。

以靜電紡絲方法，把液態金屬塗抹或打印於具備天然橡膠彈性的纖維氈上，使完成後的「液態金屬纖維氈」具彈性 (左)，同時透氣度高 (右)。

層疊設計 支持產品多功能發展

研究團隊亦就多層「液態金屬纖維氈」進行效能測試。研究人員利用「液態金屬纖維氈」製成三片分別用以量度心電圖、汗液和溫度的傳感器，並且把它們疊在一起使用。物料疊起三層後，總厚度僅約一毫米；而三個傳感器均能有效運作。實驗結果證明「液態金屬纖維氈」能夠堆疊使用，適用於生產多功能及供長時間穿戴的電子設備。

這個研究項目主要獲得香江學者計劃與香港研究資助局撥款支持。研究團隊將繼續改良「液態金屬纖維氈」的性能，以支持研發新一代的健康監測儀、軟體機械人、貼在皮膚上的電子裝置以及義肢產品。團隊會致力開發各種護理電子產品及系統，首要任務是生產穿戴式的心電圖監測儀。

鄭子劍教授 (前排) 及其研究團隊成員 (左起) 紡織及服裝學系研究助理教授黃琪瑤博士、博士生莊秋娜女士、生物醫學工程學系助理教授趙昕博士和應用物理學系副教授柴揚博士