近日，南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬延文教授團隊與北卡羅萊納州立大學(xué)研究者們研發(fā)出一款具有透氣性的超薄、可拉伸多孔電極制備的表皮電子器件，在國內外引起廣泛關(guān)注。
隨著(zhù)科技的進(jìn)步，大眾在追求性能的同時(shí)，對于電子產(chǎn)品的體驗、舒適感的需求日益增加。用于監測心率的運動(dòng)電子手環(huán)，玩虛擬現實(shí)游戲時(shí)佩戴的眼鏡，逐漸走進(jìn)大眾視野的智能手表……為了讓這些與人類(lèi)“親密接觸”的電子產(chǎn)品佩戴時(shí)更為舒適，同時(shí)功能不受汗水影響，團隊決定從超薄透氣導電薄膜的研制入手。
對超薄透氣導電薄膜的開(kāi)發(fā)而言，首先要解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是制備可拉伸透氣基底薄膜，二是實(shí)現其導電性?！拔覀冎苽涞倪@種超薄透氣性柔性電子器件，其核心創(chuàng )新之處在于將呼吸圖法這種廉價(jià)、快速、易于大面積制備的方法引入了透氣性表皮電子器件的制備中?！瘪R延文告訴《科技周刊》記者，呼吸圖法源于自然現象，即空氣中的水蒸氣會(huì )凝結在冷的表面上，例如冬天凝結在窗玻璃上的霧氣就是一種呼吸圖?？蒲泄ぷ髡邆兘?jīng)過(guò)多年研究，摸索出了一套控制水滴凝結過(guò)程的條件，進(jìn)而實(shí)現了對呼吸圖結構的精準控制。
研究團隊成員周偉欣博士解釋?zhuān)瑸榱酥苽淇衫焱笟饣妆∧?，研究人員將少量配置好的實(shí)驗溶液均勻涂覆在玻璃基板并立即放入高濕度環(huán)境中。溶液蒸發(fā)帶走熱量，使玻璃襯底降溫，進(jìn)而導致水蒸氣冷凝在玻璃襯底上。這些冷凝后的水滴占據了襯底表面的空間，因此在有機溶劑完全蒸發(fā)后，就在玻璃襯底表面上留下了多孔結構的薄膜?！拔覀冊诳讖胶涂捉Y構均一性上進(jìn)行了平衡。在孔徑達到40 微米時(shí)，薄膜的孔結構都是洞穿的?！?
呼吸圖法成功制備出了可拉伸透氣基底薄膜，那么如何能使它具有良好的導電性?為此，研發(fā)團隊把薄膜在導電性能出色的銀納米線(xiàn)溶液中反復浸泡、烘干多次，以在薄膜上均勻覆蓋銀納米線(xiàn)導電網(wǎng)絡(luò )?！?5~20微米的銀納米線(xiàn)附著(zhù)在多孔聚氨酯薄膜的骨架上，將薄膜兩面聯(lián)通，從而實(shí)現雙面導電的特性。通過(guò)加熱加壓處理，銀納米線(xiàn)與薄膜的結合更緊密，其電學(xué)穩定性也大大增強?！瘪R延文說(shuō)。
那么，攻破了兩大難題所制備出的超薄透氣導電薄膜，是否真的可以在表皮電子器件透氣性、自支撐等方面實(shí)現突破?為了證明這種材料良好的皮膚相容性，團隊成員將電極材料貼敷在皮膚上一周，實(shí)驗結果顯示：佩戴期間皮膚絲毫沒(méi)有受到刺激，且材料仍可以正常導電?！斑@種材料還可以作為觸摸電極，與藍牙控制器一起集成在織物上，制作成具有無(wú)線(xiàn)操控功能的袖套，與電腦建立通訊后，能夠實(shí)現鍵盤(pán)部分功能的操控?！瘪R延文表示，佩戴袖套玩俄羅斯方塊的游戲時(shí)，玩家觸摸袖套上的方向鍵，電腦上的磚塊迅速改變方向，且沒(méi)有人體能感知的遲鈍，靈敏度非常高。
除了穿戴式游戲設備，柔性導電薄膜還有相當廣闊的應用前景。馬延文認為：“目前，我們在論文中已經(jīng)展示了這種材料在長(cháng)時(shí)間監測生物電信號(心電圖等)和人機接口(自電容式觸摸傳感器)中的應用。在推廣應用方面，除了我們團隊自己進(jìn)行材料放大和應用探索外，也非常愿意和相關(guān)企業(yè)合作，尤其可以在材料研制方面給予技術(shù)指導?！?
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