可印刷的彈性電導(dǎo)材料 用于智能穿戴和機(jī)器人

一個(gè)日本的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)說(shuō)，新開(kāi)發(fā)的可印刷彈性導(dǎo)體即使拉伸到原始長(zhǎng)度的五倍，仍保持高導(dǎo)電率。以糊狀油墨形式生產(chǎn)的新材料可以在紡織品和橡膠表面上的印刷各種圖案，作為包含傳感器的可穿戴設(shè)備的可拉伸布線(xiàn)。目前，一些產(chǎn)品已經(jīng)在市場(chǎng)上，正在開(kāi)發(fā)諸如監(jiān)測(cè)人的健康或身體表現(xiàn)的穿戴式裝置，如心率或肌肉活動(dòng)。
東京大學(xué)工學(xué)研究科教授takao someya教授說(shuō)：“我們看到了對(duì)可穿戴設(shè)備和機(jī)器人的需求不斷增長(zhǎng)。他補(bǔ)充說(shuō)：“我們認(rèn)為制造可印刷的彈性導(dǎo)體可以滿(mǎn)足需求并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是非常重要的。”
為了達(dá)到高度的拉伸性和導(dǎo)電性，研究人員混合了四種組分來(lái)制造彈性導(dǎo)體。他們發(fā)現(xiàn)，由微米級(jí)銀（ag）薄片，氟橡膠，氟表面活性劑（通常稱(chēng)為降低液體表面張力的物質(zhì)）和有機(jī)溶劑溶解氟橡膠組成的導(dǎo)電糊顯著優(yōu)于他們?cè)?015年研究的彈性導(dǎo)體材料。
新導(dǎo)體的印刷痕跡每厘米記錄4,972西門(mén)子（s / cm），高導(dǎo)電性使用通用測(cè)量來(lái)評(píng)估電導(dǎo)率。當(dāng)拉伸200％或其原始長(zhǎng)度的三倍時(shí)，電導(dǎo)率測(cè)量為1070 s / cm，幾乎是先前導(dǎo)體值的192倍（192 s / cm）。即使拉伸400％，或其原始長(zhǎng)度的五倍，新導(dǎo)體保持935 s / cm的高導(dǎo)電率，這是拉伸量的最高水平。
通過(guò)掃描電子顯微鏡（sem）和透射電子顯微鏡（tem）進(jìn)行放大顯示，導(dǎo)體的高性能是由于銀（ag）納米顆粒的自形成 - 銀片的尺寸的千分之一并分散在氟橡膠中的片狀物之間 - 在導(dǎo)電復(fù)合漿料被印刷和加熱之后。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，“我們沒(méi)想到ag納米顆粒的形成。”
此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整氟橡膠的分子量等變量，可以控制納米粒子的分布，而表面活性劑的存在和加熱加速了其形成并影響了其尺寸。
為了證明導(dǎo)體的可行性，科學(xué)家們制造了完全印刷的可拉伸壓力和溫度傳感器 - 可以感測(cè)弱力并測(cè)量靠近身體和室溫的熱量 - 與紡織品上的可印刷彈性導(dǎo)體連接。傳感器可以通過(guò)熱壓和壓力熱壓在表面上輕松安裝，甚至在拉伸250％時(shí)進(jìn)行精確測(cè)量。這足以容納高應(yīng)力彈性區(qū)域，如肘部和膝蓋，適用于機(jī)身手臂上的合身運(yùn)動(dòng)服或關(guān)節(jié)，通常設(shè)計(jì)用于超越人的能力，從而讓人承受更大的壓力。
耐用且適用于能夠覆蓋大表面積的模板或絲網(wǎng)印刷的大容量印刷方法的新材料指出易于安裝，并且其形成ag納米顆粒的性質(zhì)（其是ag片的成本的一部分）印刷時(shí)，為實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備，機(jī)器人和可變形電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)的方案。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在探索替代ag片以進(jìn)一步降低成本，同時(shí)他們還在研究其他聚合物，如非氟橡膠，以及材料和工藝的各種組合，以制造具有類(lèi)似高性能的彈性導(dǎo)體。


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