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          中美科學家研發可用于自電容式觸摸傳感器的柔性導電薄膜
          2020-08-13 16:42:36

          近日,南京郵電大學材料科學與工程學院馬延文教授團隊與北卡羅萊納州立大學研究者們研發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注。


          隨著科技的進步,大眾在追求性能的同時,對于電子產品的體驗、舒適感的需求日益增加。用于監測心率的運動電子手環,玩虛擬現實游戲時佩戴的眼鏡,逐漸走進大眾視野的智能手表……為了讓這些與人類“親密接觸”的電子產品佩戴時更為舒適,同時功能不受汗水影響,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發而言,首先要解決兩個關鍵問題,一是制備可拉伸透氣基底薄膜,二是實現其導電性?!拔覀冎苽涞倪@種超薄透氣性柔性電子器件,其核心創新之處在于將呼吸圖法這種廉價、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??蒲泄ぷ髡邆兘涍^多年研究,摸索出了一套控制水滴凝結過程的條件,進而實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,為了制備可拉伸透氣基底薄膜,研究人員將少量配置好的實驗溶液均勻涂覆在玻璃基板并立即放入高濕度環境中。溶液蒸發帶走熱量,使玻璃襯底降溫,進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構均一性上進行了平衡。在孔徑達到40 微米時,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,研發團隊把薄膜在導電性能出色的銀納米線溶液中反復浸泡、烘干多次,以在薄膜上均勻覆蓋銀納米線導電網絡?!?5~20微米的銀納米線附著在多孔聚氨酯薄膜的骨架上,將薄膜兩面聯通,從而實現雙面導電的特性。通過加熱加壓處理,銀納米線與薄膜的結合更緊密,其電學穩定性也大大增強?!瘪R延文說。


          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,實驗結果顯示:佩戴期間皮膚絲毫沒有受到刺激,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,制作成具有無線操控功能的袖套,與電腦建立通訊后,能夠實現鍵盤部分功能的操控?!瘪R延文表示,佩戴袖套玩俄羅斯方塊的游戲時,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,我們在論文中已經展示了這種材料在長時間監測生物電信號(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行材料放大和應用探索外,也非常愿意和相關企業合作,尤其可以在材料研制方面給予技術指導?!?

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