于欣格，Nature Electronics！

小奇

2026-04-14

柔性电子与可穿戴设备在生理监测、人机交互、软体机器人等领域快速发展，器件与系统的互联能力直接决定整体性能与应用场景。当前可拉伸互联仍面临多重瓶颈，传统刚性金属线路难以适配复杂大变形，疲劳与形变适应性存在明显局限。液态金属柔性电路虽具备本征拉伸性，但大多依赖单一基板，难以实现跨器件自由互联，与商用刚性器件的集成兼容性不足。现有连接方式多依赖高温焊接、导电银浆或热压各向异性导电膜，机械连接稳定性不足，易在运动与形变下失效，同时会引入显著机械噪声，严重影响穿戴式生理信号采集质量。面向软体、刚性与混合电子系统的高效稳定互联需求，研发兼具高拉伸、低模量、易连接、可回收与抗干扰能力的新型可拉伸线缆，成为柔性电子领域的重要课题。

成果简介

近日，香港城市大学于欣格等人提出三维可拉伸核壳电缆，以液态金属颗粒为导电核心、SEBS 嵌段共聚物为力学支撑壳层，实现连续导电相与连续力学相的协同设计。该线缆杨氏模量约 0.9 MPa，最大拉伸率可达 800%，拉伸过程中电阻变化极小，具备优异的应变不敏感性。线缆可通过室温连接与各类导电焊盘形成稳定界面，兼容软、刚性及混合电子器件集成。制备工艺适配多尺度制造，从晶圆级到 A4 尺寸均可实现，材料回收利用率最高可达 95%。在穿戴式生理监测应用中，线缆电阻对机械干扰不敏感，可实现低噪声、高稳定的心电与肌电信号采集，为下一代柔性混合电子系统提供高性能互联支撑。

多尺度 3D-SCSC 制备

三维可拉伸核壳电缆采用溶液共混与流延成膜工艺制备，将液态金属与 SEBS 甲苯溶液按比例混合搅拌，利用液态金属与聚合物体系的密度差异，使导电颗粒自然沉降并形成三维连通网络。待溶剂完全挥发后，得到均匀稳定的核壳结构复合膜。研究团队采用激光切割与热压作为核心加工方式，可实现从晶圆级、A4 大面积膜到约 50 米长工业线缆的多尺度制备，同时可批量加工 6 针、8 针、12 针等规格的可拉伸带状线缆，直接兼容商用转接套件。整个制备流程为平面化工艺，重复性高、适配性强，具备规模化生产潜力。

图 | 面向未来电子器件的通用三维可拉伸核壳电缆

3D-SCSC 的电学与力学性能

三维可拉伸核壳电缆展现出优异的力学与电学稳定性，杨氏模量约 0.9 MPa，远低于纯 SEBS 基体，具备高度柔软性。材料最大拉伸应变约 800%，在全程拉伸过程中整体电路电阻仅变化约 0.6 Ω，呈现出突出的应变不敏感特性。在 150% 应变下进行 2000 次循环拉伸测试，线缆电阻无明显漂移，疲劳稳定性优异。同时，线缆可耐受按压、反复摩擦、高温等极端条件，在打孔等破坏性测试下仍保持良好导电与拉伸能力。SEBS 的热塑性使线缆可在热风条件下软化，与不规则曲面实现共形贴合，为复杂曲面电子提供高效制备途径。

图 | 三维可拉伸核壳电缆的表征

3D-SCSC 与电子元器件的界面连接

核壳结构使液态金属承担导电功能、SEBS 承担力学支撑，在与非拉伸刚性元器件连接时，可通过室温商用快干胶实现稳定键合。界面接触电阻低，且线缆低模量特性可形成充分的面接触，显著提升界面可靠性。研究验证了该线缆与铜 PI 复合膜、铂膜、金膜、导电碳布、导电胶带等多种常用导体的适配性，采用胶水、胶带、夹扣、订书钉等多种连接方式均能实现稳定互联，并大幅提升整体电路拉伸性能。将其作为互联线与 SMD LED、电阻等器件组装，可构建无基底自支撑柔性电路，在 300% 应变下仍保持稳定工作，混合电路断裂应变较纯铜箔线路提升 18 倍，具备优异的软–硬混合集成能力。

图 | 三维可拉伸核壳电缆与各类电子元器件的界面连接

面向稳健可拉伸电子的 3D-SCSC 互联器

基于三维可拉伸核壳电缆，研究团队构建无基底镂空式可拉伸 LED 显示阵列，由 5×5 LED 阵列与激光切割核壳电缆互联组成，可适配多方向大曲率变形。阵列在拉伸、扭曲、折叠等形变下均保持稳定发光，可与球面、膝关节等高曲率表面共形贴合。在人体膝关节运动过程中，显示阵列随皮肤同步变形，功能不受影响，在人工汗液环境下仍可正常工作，充分证明其在穿戴式混合电子中的高鲁棒性。

图 | 无基底可拉伸 LED 显示阵列

抗噪声电生理信号采集

将三维可拉伸核壳电缆作为可拉伸互联线，直接与商用水凝胶电极连接，用于心电与肌电信号采集。相较于商用不可拉伸按钮线缆在拉伸时迅速失效，该核壳电缆在 100% 至300% 应变下仍能传输清晰稳定的心电信号，有效抑制运动伪影与机械干扰。在不同握力下的肌电采集实验中，线缆在不同拉伸状态下均能清晰区分肌肉活动强度，功率谱密度无明显衰减。即使在线缆上进行打孔操作，信号仅出现瞬时波动并迅速恢复，不影响长期采集质量，为抗运动干扰穿戴式生理监测提供可靠互联方案。

图 | 用于抗噪声电生理信号采集的三维可拉伸核壳电缆

小结

本研究开发的三维可拉伸核壳电缆，在结构设计、材料体系、制备工艺与应用性能上实现协同突破，兼具超柔、高拉伸、应变不敏感、室温易连接、多尺度可制造、高回收率与抗机械噪声等优势。该线缆可高效实现软体、刚性与混合电子系统的稳定互联，在穿戴式生理监测、柔性显示、人机交互与植入式电子等场景具备重要应用价值，为下一代高性能柔性混合电子系统提供了全新的互联技术路线。

参考文献：

Wu, P., Jia, S., Li, J. et al. A three-dimensional stretchable core–shell cable for soft and hybrid electronics that is patternable, recyclable and noise-resistant. Nat Electron (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41928-026-01596-2