一、研究背景

一维纤维结构是下一代柔性可穿戴电子的理想平台，兼具固有柔性、空间紧凑性、可加工性和制造适应性，可单独作为自供能电子系统，也可通过捻合、缝纫、编织等纺织技术组装为复杂架构，在健康监测、柔性显示、能量存储/转换等领域应用潜力巨大。高性能纤维器件的开发需要功能材料、加工方法与纤维高长径比的几何特征相兼容，而传统平面微电路制备技术无法直接适配曲面纤维基底，存在分辨率低、难以实现共形覆盖、电路集成密度低等问题；现有纤维功能化方法虽能适配纤维形貌，但无法制备高密度复杂微电路，限制了纤维器件的功能拓展。

将二维平面成熟的电路制造技术与一维纤维的结构优势结合，先在二维平台制备电路，再通过几何变形将其转移至纤维表面，成为突破纤维微电路制备瓶颈的核心思路，而实现这一思路的关键在于可控的电路微小型化和曲面基底的共形转移。镓铟共晶（EGaIn）液态金属具有低熔点（16℃）、高导电性、固有柔性和应变不敏感的电学特性，是制备柔性可穿戴电路的理想导电材料，但如何实现其高分辨率印刷与纤维表面的稳定附着，仍是亟待解决的问题。

二、主要内容

近期，清华大学张莹莹教授团队开发了收缩转移辅助印刷（STAP）策略，突破了传统平面光刻/印刷技术与曲面纤维基底的几何不兼容难题，实现了高分辨率微电路在纤维表面的360°共形制备。该技术以镓铟共晶（EGaIn）液态金属为导电材料，结合应力工程化硅橡胶基底的可控收缩与聚乙烯醇（PVA）膜的毛细管驱动转移，制备出分辨率达60 μm、机械稳定性优异的纤维基微电路，并演示了可单独寻址像素的电致发光（EL）纤维显示系统，为下一代可穿戴电子、智能纺织品的规模化制备提供了通用策略。相关研究内容以“Shrinkage-transfer-assisted printing of microcircuits on fibers”为题目，发表在期刊《Nature Communications》上。

图1：STAP工艺与电致发光纤维器件示意图。

三、本文亮点

1. 首次提出STAP策略，实现了二维平面印刷技术与一维曲面纤维基底的跨维度兼容，解决了传统技术无法在纤维表面制备高分辨率微电路的长期难题，实现了60 μm的高分辨率和360°共形覆盖。

2. 以丝胶蛋白为绿色稳定剂，制备了具有高胶体稳定性、优异印刷性的EGaIn/丝胶蛋白水基墨水，解决了EGaIn微颗粒的团聚问题，且墨水具有剪切稀化特性，适配规模化丝网印刷。

3. 揭示了收缩诱导+转移诱导的原位双烧结机制，无需外部烧结处理即可实现印刷EGaIn电路的导电性恢复，实现了电路微小型化与功能化的协同，简化了制备工艺。

4. 利用毛细管力的热力学自发特性，实现了微电路在纤维表面的无畸变、高保真共形转移，转移过程无需外部能量输入，且适配不同材质、直径的纤维，具有普适性。

5. 所得纤维微电路兼具高分辨率、高导电稳定性和优异的机械柔性，16000次弯曲后电导率仅下降1.4%；并演示了像素可单独寻址的EL纤维显示系统，为纤维基多功能电子器件的开发提供了原型。

图2：EGaIn/丝胶蛋白墨水的开发与表征。

图3：EGaIn微电路的原位双烧结机制。

图4：电致发光纤维器件的构建与性能。

结论

综上所述，该研究开发了一种用于制备纤维器件的收缩转移辅助印刷（STAP） 策略，该策略结合了传统二维平面电路制造的可扩展性与镓铟共晶合金（EGaIn）的流体特性，实现了微电路无裂纹微型化，并将其共形集成到高曲率纤维表面。该方法有效解决了纤维小直径、高长径比与曲面形貌带来的基础性难题。

该策略的核心是采用应力工程化二维硅胶平台与可丝网印刷的 EGaIn/丝胶油墨，二者协同实现了收缩率最高达 80% 的微电路制备。这些电路随后通过水溶性聚乙烯醇（PVA）载体膜，借助毛细管驱动工艺转移至纤维表面，实现 360° 均匀包覆。所制得的 EGaIn 微电路特征分辨率达 60 μm，电极间隙最小可达 35 μm；同时展现出优异的机械耐久性，经 16000 次弯曲后仍保持 98.6% 的导电性。

作为功能验证，在单根纤维上实现了可独立寻址发光的电致发光（EL）像素阵列，凸显了其在先进纤维基显示系统中的应用潜力。STAP 策略跨越了尺度（从毫米级到微米级特征）与维度（从二维到一维）的壁垒，为纤维电子器件的制造提供了一种通用且可规模化的方法。

除本文所示案例外，该方法还可为突破印刷电子领域的分辨率限制提供通用框架，并支持将二维电路图案化转移至复杂曲面。未来的一个重要方向是将该工艺拓展至更细纤维，这需要在油墨配方与基底工程上进行创新，以确保微尺度下的精准图案化与可靠转移。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69640-5