近日，材料与能源学院万艳芬团队在Nature Communications、Advanced Fiber Materials、Materials Today Physics、Energy Storage Materials等国际知名期刊上发表液态金属相关功能与能源材料重要研究进展：

工作一：

针对燃气管道微泄漏难以及时、精准识别的问题，研究团队设计了一种液态金属气泡发电机，实现了由泄漏气泡触发的自主电信号输出。该装置利用液态金属核壳结构中金属核与氧化层的内建电势差：当泄漏产生的气泡破裂时，液态金属表面氧化层被破坏，暴露的金属核与氧化层瞬时形成原电池，将气泡破裂的机械扰动直接转化为电信号。研究发现，输出电压幅值与气泡体积呈良好线性关系，脉冲频率则可反映气体流速；该系统对微小泄漏的检测分辨率可达1×10-3cm³，响应时间仅为0.33s。该工作为液态金属界面电化学调控提供了新的应用思路，也为燃气管道等关键基础设施的早期泄漏预警与智能安全监测提供了新方案。相关成果以“Bubble-triggered built-in liquid metal-based galvanic cell for gas pipeline microleak detection”（论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76442-2）为题发表于国际权威期刊Nature Communications。云南大学材料与能源学院博士研究生叶国敏与硕士研究生王学科为本文的共同第一作者。

图1.液态金属发电机结构设计与工作机制

工作二：

针对传统三维重建技术在精细轮廓获取、快速响应及复杂对象适应性方面的不足，研究团队提出了一种基于零维一维（0D-1D）结构协同的压电传感器。该器件受赫兹接触力学启发，通过在一维聚偏二氟乙烯（PVDF）纳米纤维网络两侧引入零维PVDF微球，构建“微球—纤维—微球”的分级压电结构。有限元分析表明，该0D-1D接触模式能够兼顾应力集中与均匀分布，从而促进应力传递、偶极取向和电荷产生。所制备器件的压力灵敏度相比于普通结构最高提升122.6%，可在3-510 kPa的压力范围内稳定工作，经10000次循环后仍保持96.6%的输出性能。进一步结合人工神经网络，该系统实现了滑动轨迹识别、实时三维轮廓识别及三维形貌重建，为智能机器人、电子皮肤和人机交互等领域的触觉感知提供了新的材料与器件设计策略。相关成果以“Sensitive 0D-1D Piezoelectric Perceptron Enable Machine Tactile for 3D Recognition”（论文链接）为题发表于 Advanced Fiber Materials。本文的第一作者为云南大学材料与能源学院博士研究生叶国敏。

图2.压电传感器的结构示意图

工作三：

液态金属的高表面张力和低粘度给图案化加工带来困难。研究团队将其与聚合物弹性体、炭黑以及碳纳米纤维共同混合配制出可3D打印的复合油墨。不同尺寸和形貌的导电组分在聚合物基底中共同形成了一个可变形的3维导电网络。进一步的研究发现改变各组分的比例可以实现对复合材料初始电导率与灵敏度的调节。在此基础上，分别探究了高敏感材料在应变传感器以及高导电低敏感的材料在微型超级电容器中的应用。这项工作不仅提出了可变形3维导电网络的概念，而且为更好地调节和利用液态金属复合材料的电导率和灵敏度提供了新的可靠方法。相关工作在材料领域国际权威期刊 Materials Today Physics 发表（A tunable ink embedded deformable 3D conductive networks for printable soft electronics，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2026.102124）。本文的第一作者为云南大学材料与能源学院博士研究生曾欣宇。

图3.可变形3维导电网络及其复合油墨的应用示意图

工作四：

传统可打印的微型超级电容器涉及集流体和活性物质的分步印刷。研究团队开发了一种含有液态金属的水系复合油墨，3D打印出叉指电极后利用液态金属自身高密度带来的沉降趋势，水蒸发过程中表面张力产生的毛细力以及冻融过程中固液相变引起的体积变化设计了一套后处理循环来诱导叉指电极原位分化出底部液态金属集流体。该工艺摒弃了传统的多步套印过程，不仅为可拉伸微型超级电容器的制造提供了一个新的范例，同时原位分化的集流体给整个电化学储能领域解决集流体与活性物质之间的界面结合问题提供了新的思路。相关工作在国际能源领域权威期刊 Energy Storage Materials 发表（Monolithic 3D printing of stretchable micro-supercapacitors empowered by in-situ liquid metal stratification，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105515）。本文的第一作者为云南大学材料与能源学院博士研究生曾欣宇。

图4.复合油墨3D打印结合后处理工艺诱导液态金属集流体原位生成的示意图

来源：材料与能源学院

编辑：张懿淼 责任编辑：李哲