可印刷的彈性電導材料 用于智能穿戴和機器人

一個日本的科學家團隊說，新開發(fā)的可印刷彈性導體即使拉伸到原始長度的五倍，仍保持高導電率。以糊狀油墨形式生產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備的可拉伸布線。目前，一些產品已經在市場上，正在開發(fā)諸如監(jiān)測人的健康或身體表現的穿戴式裝置，如心率或肌肉活動。
東京大學工學研究科教授takao someya教授說：“我們看到了對可穿戴設備和機器人的需求不斷增長。他補充說：“我們認為制造可印刷的彈性導體可以滿足需求并實現產品的開發(fā)是非常重要的。”
為了達到高度的拉伸性和導電性，研究人員混合了四種組分來制造彈性導體。他們發(fā)現，由微米級銀（ag）薄片，氟橡膠，氟表面活性劑（通常稱為降低液體表面張力的物質）和有機溶劑溶解氟橡膠組成的導電糊顯著優(yōu)于他們在2015年研究的彈性導體材料。
新導體的印刷痕跡每厘米記錄4,972西門子（s / cm），高導電性使用通用測量來評估電導率。當拉伸200％或其原始長度的三倍時，電導率測量為1070 s / cm，幾乎是先前導體值的192倍（192 s / cm）。即使拉伸400％，或其原始長度的五倍，新導體保持935 s / cm的高導電率，這是拉伸量的最高水平。
通過掃描電子顯微鏡（sem）和透射電子顯微鏡（tem）進行放大顯示，導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 - 在導電復合漿料被印刷和加熱之后。他們驚奇地發(fā)現，“我們沒想到ag納米顆粒的形成。”
此外，科學家發(fā)現，通過調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。
為了證明導體的可行性，科學家們制造了完全印刷的可拉伸壓力和溫度傳感器 - 可以感測弱力并測量靠近身體和室溫的熱量 - 與紡織品上的可印刷彈性導體連接。傳感器可以通過熱壓和壓力熱壓在表面上輕松安裝，甚至在拉伸250％時進行精確測量。這足以容納高應力彈性區(qū)域，如肘部和膝蓋，適用于機身手臂上的合身運動服或關節(jié)，通常設計用于超越人的能力，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（其是ag片的成本的一部分）印刷時，為實現可穿戴設備，機器人和可變形電子設備的廣泛應用提供了經濟的方案。該團隊現在正在探索替代ag片以進一步降低成本，同時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，以制造具有類似高性能的彈性導體。


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