亚洲都市校园激情另类,成人午夜a片一区二区三区 ,中国少妇内射xxxhd

研究背景

隨著可穿戴技術的不斷發展，皮膚界面的可伸縮電子學備受關注。這一領域的進步推動了各種應用的涌現，從皮膚界面醫療設備到人機界面、軟體機器人再到觸覺界面。然而，在這一研究領域中，基板的選擇卻是一個被忽視但至關重要的問題?；逯苯佑绊懼漕l（RF）電子設備的電氣性能，尤其是具有無線功能的RF電子。然而，現有的彈性體基板存在一系列問題，包括在彈性應變下引起的電子性能變化、較高的介電損耗和熱性能差等。其中，尤其令人擔憂的是，可伸縮RF設備在受到機械應變時，操作頻率會發生顯著偏移，甚至在小應變下也會如此。這種問題嚴重影響了無線性能，因為基板的介電常數在應變下保持不變。

針對這一問題，科學家們開始尋求新的彈性基板材料，以解決現有材料所存在的缺陷。他們希望找到一種材料，具有可調諧的介電常數，能夠隨著應變的變化而線性調節，并且具有低介電損耗和良好的熱導率。這樣的材料能夠有效地保持RF電子設備的原始特性，從而避免無線信號強度或功率傳輸效率的降低。然而，在尋找合適的材料時，科學家們面臨著挑戰，因為要求這種材料既具有機械柔韌性，又具有良好的電氣性能和熱學性能。

圖文導讀

為了解決這一問題，韓國首爾漢陽大學Hyoungsuk Yoo & Yei Hwan Jung團隊在Nature期刊上發表了題為“Strain-invariant stretchable radio-frequency electronics”的最新論文。他們提出了一種名為“dielectro-elastic elastomer”（DEE）的新型材料。這種材料具有介電常數隨應變變化的特性，能夠有效地調節RF電子設備的特性，從而防止操作頻率的偏移。DEE通過將高κ陶瓷納米顆粒嵌入彈性體基體中，形成了復合材料，實現了這一目標。該復合材料的介電常數隨著拉伸而線性減小，從而有效地保持了RF電子設備的原始特性。相比之下，傳統的彈性體基板在應變下的介電常數幾乎不變。這一研究為皮膚界面的可伸縮電子學開辟了新的研究方向，為未來可穿戴技術的發展提供了重要的技術支持。

他，師出柔性電子之父/四院院士John A.Rogers，新發重磅Nature!

圖文解讀

這項研究旨在解決可伸縮射頻（RF）電子設備在受到機械應變時頻率特性發生變化的問題，因為這會導致無線性能下降。為了實現這一目標，研究者進行了一系列實驗，結果集中在圖1中。圖1a示意出了提出的應變不變可伸縮無線系統相對于傳統系統的差異，主要是在避免天線共振頻率的偏移。圖1b展示了由介電-彈性復合材料（DEE）構成的基板，拉伸DEE會導致介電常數的變化。具體而言，DEE表現出與應變線性相關的介電常數下降。與傳統彈性體相比，DEE具有更低的介電損耗和更好的介電常數變化。圖1c和1d顯示了相應的數據結果，表明DEE在30%應變下的介電常數變化和損耗切線。圖1e對比了使用不同基板制備的可伸縮天線在操作頻率上的偏移。DEE基板制備的天線顯示出相對較小的頻率偏移，表現出更好的應變不變性。這些結果表明，DEE作為基板材料能夠有效地維持射頻電子設備的性能穩定，從而實現了無線通信和能量傳輸的高效率。因此，該研究為開發高性能的可伸縮射頻電子設備提供了重要的基礎。

圖1：通過電彈性復合材料實現的應變不變可伸縮無線系統。

圖2描述了DEEs（介電彈性體復合材料）的制備過程及其電學和機械性能表征。在圖2a中，展示了合成DEE的步驟，具體步驟見附錄圖4和附錄視頻1。圖2b展示了通過模壓工藝形成的薄膜DEE，厚度約為700μm。圖2c的立體顯微鏡圖像顯示，BaTiO3納米顆粒在Ecoflex基體中形成了平均直徑約為120μm的團簇。在30%應變下，這些團簇從球形變形為橢圓形。圖2d的SEM圖像進一步證實了這一變形，顯示納米顆粒在應變下從球形重新排列為橢圓形。在圖2e中，比較了Ecoflex和DEE在13.56 MHz和2.4 GHz下的有效介電常數（εeff）變化。在30%應變下，Ecoflex的Δεeff-30%幾乎可以忽略，而DEE在這兩個頻率下的Δεeff-30%分別約為2.10和1.95。圖2f通過多物理場模擬展示了在30%應變下DEE中電場分布的變化。圖2g顯示，DEE在13.56 MHz和2.4 GHz下的損耗切線值明顯低于Ecoflex。圖2h和圖2i展示了使用不同高介電常數納米顆粒（如BaTiO3、SrTiO3和Al2O3）制備的DEE與均勻分散的復合材料在30%應變下的介電常數和損耗切線的比較。結果表明，基于BaTiO3的DEE表現出最大的Δεeff-30%。

圖2j的有限元分析（FEA）結果顯示，與基于均勻分布BaTiO3微粒的復合材料相比，DEE在30%應變下顯示出更低的應力集中，因而具有更好的機械柔性。圖2k顯示了不同類型復合材料的應力-應變曲線，證明DEE在拉伸斷裂時具有更高的應變和更低的模量。圖2l展示了不同體積分數的納米顆粒對DEE伸展性和介電-彈性響應的影響，確定了10%的最佳體積分數。圖2的實驗證明了DEE在介電性能和機械柔性方面的優越性，并展示了其在實際RF元件中的應用潛力。

圖2. DEE的制備和表征。

圖3則展示了DEE在實際RF元件中的應用。圖3a顯示了基于DEE的可伸縮貼片天線的結構和照片。圖3b和圖3c的實驗結果表明，Ecoflex基板上的天線在30%應變下的諧振頻率從2.4 GHz顯著移動到1.9 GHz，而DEE基板上的天線在相同應變下保持在2.4 GHz附近，頻移不到0.01 GHz。圖3d顯示了在30%應變下基于Ecoflex的天線和DEE天線的無線整流天線性能，結果表明DEE基板的整流天線在應變下仍能點亮LED，而Ecoflex基板的則不能。圖3e至圖3h展示了基于DEE的可伸縮近場感應線圈。圖3e顯示了在DEE上印刷的矩形螺旋電感器的結構和照片。圖3f和圖3g的結果表明，Ecoflex基板上的線圈在30%應變下的諧振頻率從13.56 MHz顯著下降，而DEE基板上的線圈諧振頻率保持穩定。圖3h的實驗結果顯示，基于DEE的無線能量收集系統在30%應變下仍能點亮LED，而Ecoflex基板的系統則不能。

圖3i至圖3l展示了基于DEE的可伸縮共面波導（CPW）傳輸線。圖3i顯示了在DEE上印刷的CPW的結構和照片。圖3j和圖3k的實驗結果表明，Ecoflex基板上的傳輸線在30%應變下的傳輸效率和諧振頻率顯著下降，而DEE基板上的傳輸線則保持穩定。圖3l的照片演示了在30%應變下基于Ecoflex和DEE的傳輸線的功率傳輸能力，結果顯示DEE基板的傳輸線性能優于Ecoflex基板的。綜上所述，這些結果表明DEE是一種有前途的材料，適用于可伸縮射頻電子設備，具有廣泛的應用前景。

圖3. 應變不變可伸縮射頻器件的設計和表征。

圖4展示了基于DEE的皮膚界面無線系統的性能和應用。圖4a顯示了該系統的照片，包括遠場天線、近場線圈和血脈搏率監測器。圖4b展示了該系統在不同機械應力（如彎曲、扭曲和壓縮）下的柔順性，證明其不會因變形而損壞。圖4c顯示了該系統佩戴在手腕上以監測橈動脈脈搏信號的情況。該系統能夠在0至30米范圍內進行穩定的遠場無線通信，如圖4d所示。在圖4e中，常規彈性體上的天線在系統被拉伸至30%時因失效導致無線連接中斷。而在圖4f中，DEE系統即使在相同的拉伸條件下，仍能連續傳輸傳感器數據，與有線設備的數據同步。圖4g和圖4h分別展示了常規彈性體和DEE系統在拉伸至30%時獲取的動脈脈搏信號。常規彈性體系統在1米距離內無法傳輸信號，而DEE系統在相同條件下能保持穩定的無線通信，顯示出與有線系統相同的脈搏圖。綜上所述，這些圖展示了基于DEE的可伸縮RF元件在不同應變條件下的優越性能，以及其在無線健康監測中的廣泛應用。

圖4. 基于應變不變射頻器件的皮膚界面無線系統。

圖5介紹了基于DEE的可穿戴仿生帶，用于全身生理信號監測。圖5a展示了用于測量頭部EEG信號的仿生帶示意圖。圖5b顯示了DEE天線在0%和50%應變下的照片，證明其在拉伸過程中仍能保持性能。圖5c比較了DEE和常規彈性體天線在0-60%應變范圍內的無線信號強度，DEE天線在整個應變范圍內保持穩定，而常規彈性體天線在15%應變時信號強度大幅下降。圖5d展示了仿生帶在幼兒和成人頭部的佩戴示意圖，并顯示了佩戴在成人頭部的照片。

圖5e和圖5f展示了分別在幼兒和成人頭部佩戴仿生帶測量的EEG信號頻譜圖。閉眼時8-12Hz頻率范圍內的強信號代表α波，表明仿生帶能準確監測EEG信號。圖5g展示了佩戴在膝蓋上的仿生帶，集成了應變計用于跟蹤關節運動。圖5h顯示了在0至30米無線距離內傳輸到移動設備的膝關節運動數據。圖5i展示了佩戴在屈肌腕尺肌上的仿生帶測量的EMG信號，并在0米和30米距離內成功傳輸到移動設備。圖5j展示了基于手腕佩戴仿生帶的體溫監測情況，圖5k展示了仿生帶在0米、15米和30米無線距離內傳輸的實時皮膚溫度數據。圖5的結果表明，DEE系統在各種拉伸和變形情況下都能保持穩定的無線通信和傳感器數據傳輸，這為未來可穿戴健康監測設備的發展提供了重要參考。

圖5：用于全身生理監測的應變不變可穿戴仿生帶。

研究結論

本文創造了一種新型的可伸縮RF電子設備，該設備能夠在各種彈性應變下保持其初始電氣特性，從而實現穩定和高性能的無線通信和電力傳輸能力。通過引入可調介電特性的DEE作為基底材料，并通過在其基質中嵌入高介電常數納米顆粒簇來實現應變不變的RF特性。這種創新性的設計策略為開發具有彈性和伸縮性的電子設備提供了全新的思路，并為諸多領域的應用帶來了潛在的革新。此外，本文展示了一系列應用場景，如皮膚界面健康監測設備和全身健康監測設備，這些應用將無線通信和電力傳輸功能與可伸縮性相結合，為未來的可穿戴電子設備和智能醫療系統的發展提供了新的方向。

文獻信息

Kim, S.H., Basir, A., Avila, R. et al. Strain-invariant stretchable radio-frequency electronics. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07383-3

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/06/04/524ca2ac0c/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

他，師出柔性電子之父/四院院士John A.Rogers，新發重磅Nature!

相關推薦