2026-10-29 バージニア工科大学（VirginiaTech）
米国バージニア工科大学の研究チームは、液体金属の微小液滴を含む柔軟な材料が、圧力を受けると電気を通す仕組みを解明した。対象は、室温で液体となるガリウム・インジウム共晶合金（EGaIn）を、ポリマーやゴムなどの柔軟な絶縁材料に分散させた複合材料である。従来、圧力を加えると導電性が生じることは知られていたが、その微視的なメカニズムは十分に理解されていなかった。研究チームは顕微鏡観察と3次元X線画像解析を用い、圧縮によって金属液滴間の絶縁材料に微小な亀裂が発生し、その隙間に液体金属が流入して導電経路を形成することを明らかにした。さらに、破壊力学に基づく数理モデルを構築し、導電性が発現するために必要な力を予測した。この成果は、導電性を発現させる圧力や位置を設計できる柔軟な電子材料の開発につながり、伸縮センサー、ウェアラブル機器、ソフトロボットなどへの応用が期待される。
Samples of metal droplets that are significantly larger than many of those used in Bartlett’s experiments. Photo by Alex Parrish for Virginia Tech.
＜関連情報＞
液体金属複合導体における電気的活性化は、亀裂を介した浸透によって支配される
Fracture-mediated percolation governs electrical activation in liquid metal composite conductors
Wuzhou Zu ∙ Hugh P. Grennan ∙ Michael D. Bartlett
Matter Published:October 29, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.103089
Highlights
•Fracture-mediated percolation governs mechanical sintering in liquid metal composites
•Cracks create pathways that transform isolated LM droplets into conductive networks
•Fracture modeling captures percolation from millimeter- to micrometer-scale droplets
•Predictions link paired droplets, layers, and heterogeneous composite architectures
Summary
Liquid metal (LM)-based multifunctional composites enable numerous soft electronic applications yet are typically electrically insulating as fabricated due to the native oxide layer and encapsulating polymer matrix. Mechanical sintering is widely used to activate electrical conductivity, but the underlying mechanism remains elusive. Here, we visualize and quantify mechanical sintering in liquid droplet-elastomer composites, showing that electrical activation does not arise from surface tension-driven coalescence, but from mechanically induced matrix cracking that enables network formation. Coupled electro-mechanical measurements, imaging, and quantitative analysis in LM and glycerol systems reveal that stress-induced cracks open transient fluid pathways between droplets, allowing localized coalescence to develop into persistent, globally percolated conductive networks. A fracture-based framework predicts percolation across droplet sizes from millimeters to tens of micrometers and architectures from paired droplets to homogeneous and heterogeneous bulk composites. These findings establish a fracture-mediated electrical activation mechanism and provide design and manufacturing principles for mechanically activated soft electronics.
