可自由弯曲表面的三维收缩电子器件

随着智能物联网（IoT）和可穿戴设备的发展，传统的二维电子器件已难以满足复杂空间和曲面贴合的需求。为此，研究人员开发了一种新型的三维“收缩电子”技术，能够将平面电路自动转变为高度贴合的三维结构，广泛应用于智能设备中。

这项技术的核心在于使用一种可热缩的聚合物材料（预拉伸聚苯乙烯，PPS）作为基底，并在其表面打印由液态金属（LM）制成的电路图案。液态金属具有优异的导电性和流动性，能在材料变形时保持电路完整。为了提高液态金属与聚合物之间的粘附性，研究人员采用了一种名为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的表面活性剂对液态金属进行包裹处理，形成SDBS封装的液态金属复合物（SLM）。这种处理不仅增强了印刷精度和界面结合力，还提升了机械稳定性，避免了传统金属在形变过程中出现裂纹或断裂的问题。

制造过程首先是在PPS薄膜上通过掩膜印刷SLM电路，然后加热。由于PPS在受热后会沿预拉伸方向均匀收缩至原面积的约20%，厚度增加近6倍，原本的二维电路也随之“收缩”成紧贴目标曲面的三维结构。这一过程无需复杂模具，且可在各种自由曲面上实现，例如球体、把手、灯具甚至无人机表面。

为实现更复杂的三维形状控制，研究人员还在基底上打印黑色油墨线条作为近红外光吸收区。当用红外光照射时，这些区域局部受热，引发不对称收缩，从而像“铰链”一样驱动材料自折叠，形成弯曲、扭曲或穹顶等立体结构。通过调节油墨线宽、光照强度和时间，可以精确控制折叠角度和最终形态，实现类似折纸艺术的复杂造型。

该技术特别适用于无线通信中的天线制造。研究人员设计了基于分形结构的偶极子天线，这类天线在尺寸缩小后仍能保持良好的射频性能。实验表明，即使经过大幅收缩和弯曲，天线在2.5GHz等常用频段仍能稳定工作，且在不同物体（如椅子、瓶子、门把手）表面都表现出可靠的信号传输能力。这使得普通日用品可快速升级为具备无线连接功能的智能设备，极大降低了智能物联网的部署成本。

此外，该方法还可用于制造智能可穿戴设备。研究团队制作了一个“三维收缩智能戒指”，内部集成微型加速度传感器，佩戴在手指上可捕捉手势动作产生的三轴加速度信号。这些信号通过微控制器传入计算机，并由一维卷积神经网络（1D-CNN）进行识别分类。测试结果显示，系统对六种手势的识别准确率高达97.77%，在新用户身上也能达到平均92.88%的准确率，展现出良好的泛化能力。实际演示中，用户可通过手势控制虚拟环境中的角色移动和视角缩放，验证了其在人机交互中的实用性。

整个制造工艺成本低、兼容性强，支持多层电路设计和封装保护，未来可结合增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术，广泛应用于智能家居、健康监测、软体机器人和元宇宙交互等领域。这种将二维制造转化为三维功能器件的方法，为下一代自适应电子系统提供了全新的设计范式。