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電子皮膚再次登頂Science,小學生都能做的合成步驟!

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皮膚電子設備(電子皮膚)是一組安裝在皮膚上的設備,其機械性能可與人類皮膚相媲美。它們已部署在各種應用中,例如生物醫學設備、人機界面以及虛擬或增強現實設備。人類觸覺的特性,包括對溫度、壓力或表面粗糙度差異的高度敏感性,很難在機器人技術中復制,因為皮膚材料必須具有高導電性、可拉伸性和厚度薄。皮膚電子產品的重要組成部分之一是超薄彈性導體,導電彈性納米復合材料已被認為是可行的候選材料。盡管之前進行了研究,但關鍵挑戰仍然存在,包括類金屬導電性、高拉伸性、超薄厚度和易于圖案化。通常,這些屬性之間存在取舍,而這些目標尚未同時實現。
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韓國基礎科學研究所(IBS)納米粒子研究中心Dae-Hyeong KimTaeghwan Hyeon(通訊作者)等人在Science發文,報道了高導電和彈性的納米膜,可用于皮膚電子設備。
作者提出了一種浮組裝方法來制造導電和彈性納米膜。該方法使納米材料能夠在水-油界面進行緊湊組裝,并將它們部分嵌入超薄彈性體膜中,這可以將施加的應變分布在彈性體膜中,從而即使在納米材料的高負載下也能產生高彈性。
圖1顯示了描述納米膜制造的示意圖。它由三個步驟組成,包括(1)將含有納米結構銀和/或金以及彈性體的混合溶劑沉積到去離子水中,這導致一層納米顆粒駐留在彈性體的界面涂層處、(2)添加表面活性劑使界面圖層進一步致密、(3)干燥溶劑。納米復合溶液由納米材料、溶于水不混溶溶劑中的彈性體和乙醇組成。該工藝可應用于各種納米材料,包括銀納米線(AgNWs)、銀-金核-殼納米線(Ag-AuNWs)、銀納米顆粒(AgNPs)和金納米顆粒(AuNPs),以及各種彈性體,如聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)、熱塑性聚氨酯(TPU)和聚(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯)(SIS)。
此外,該結構允許冷焊和雙層堆疊,從而具有高導電性。即使在使用光刻進行高分辨率圖案化后,這些特性也能保留下來。可以用圖案化的納米膜制造多功能表皮傳感器陣列。該過程是可擴展的,所得彈性體膜可以轉移到其他基材上。
圖文詳情

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圖1. 利用浮組裝方法制備高導電和可拉伸的納米膜

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圖2. 納米膜的結構和力學表征

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圖3. 圖形化納米膜冷焊和堆焊后的電性能
文獻信息
Highly conductive and elastic nanomembrane for skin electronics. Science 373(6558),1022-1026.
https://science.sciencemag.org/content/373/6558/1022

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