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超高弹性柔性电子材料

近年来,新兴硬件领域最引人关注的非可穿戴设备莫属,但现存的科技产品大多处于实验阶段,并不能大规模应用于市场上。可穿戴设备受制于器件、材料成本等原因,外形时尚感不强,因此对于使用者来说侵入感太强,舒适性较差。好的可穿戴设备应该是“隐形”于日常生活中的,因此良好的柔性成为智能穿戴设备的必要条件。



中国科学院国家纳米科学中心研究员蒋兴宇小组结合微流控和液态金属开发了一种可大规模制造柔性电子器件的方法,通过丝网印刷、喷墨打印、微流道等方法能在各种基底材料上得到高导电、高弹性、高生物相容性的电路。该项研究将有望广泛用于人工智能领域。



液态金属如镓的合金在常温下不仅自身具有流动性,电流也能在其中流动,是作为可拉伸器件和电路的理想材料。但是液态金属具有巨大的表面能,难以铺展,且其表面会自发形成绝缘氧化膜,这也使液态金属在各种基底上的印刷一直是一个难题。



为了攻克这一难题,蒋兴宇课题组使用液态金属颗粒印刷—高分子浇注—高分子剥离的方法,得到了高导电、高弹性的液态金属-高分子复合物。在该复合物表面,液态金属的“岛”分布在高分子的“海洋”中,液态金属的“岛”实现了与外部器件的连接;而在复合物内部,则是四通八达的液态金属“河流”,保证了复合物的高导电性和高弹性。整个制备工艺可在室温下进行,避免了高温对高分子基底的破坏。


金属-聚合物材料导电原理


蒋兴宇等人将该复合物印刷在弹性的硅胶基底上制成高弹性的电路,该电路在极端的应变条件下(>500%)也不会失效。他们也将复合物印刷在乳胶手套上制成键盘手套,该手套不仅能监控手部动作,而且能实现字符的输入。




该项研究将有望大大增加电路的弹性,降低柔性可拉伸电路的制造成本,还将促进可穿戴设备、可植入器件以及柔性机器人等新领域的开发和应用。

(来源:国家纳米科学中心)

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