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斯坦福开发出像皮肤一样柔软的柔性电极

时间:2024-05-22 17:19:47 科技赋能

可穿戴设备越来越渗透到我们的生活中,而这些智能设备都离不开电路的支持。

然而,如果这些个人设备中隐藏着刚性电路,那么使用的舒适度就会大大降低。

化学工程师鲍哲南教授正在努力改变这一现状。

对于这种情况,选择柔性电极是一个自然的想法。

十多年来,她的实验室一直致力于使电子产品变得更柔软、更灵活,就像人体的第二层皮肤一样。

他们希望使脆性塑料更导电、更柔韧。

近日,鲍哲南教授在《科学进展》杂志上发表了他们的最新成果。

该论文描述了一种脆性塑料,可以像橡皮筋一样进行化学弯曲,并略微提高其导电性。

结果是柔软而有弹性的电极与我们柔软脆弱的神经完美契合,这意味着我们皮肤中的神经不会因为体表的这样一个电路而感到不舒服。

鲍哲南教授对这一成果感到非常兴奋:这种柔性电极开辟了许多新的可能性,例如脑接口(brain interfacial)和其他植入式电子产品。

据新华社报道,包哲南在接受采访时表示,他表示,现有的电子器件,包括电极和材料,都是硬的。

在测量中枢神经电流和心脏电流时,植入大脑或心脏的电极可能会损伤神经或心脏组织。

因此,电极与神经接触。

材料需要像皮肤一样柔软,这是柔性电子应用需要解决的重要问题。

目前,该材料仍处于实验室原型,但团队希望长期跟踪这方面的进展。

创造一种对身体更友好的更灵活的材料他们的实验过程自然充满了曲折。

为了制造这种柔性电极,研究人员最初选择了一种具有两个基本特性的塑料:高导电性和生物相容性。

然而这种塑料有一个致命的缺点,那就是它非常脆弱,拉伸5%就会被破坏。

为了在保持导电性的同时增加柔韧性,包哲南的团队。

我与 SLAC 国家加速器实验室合作,使用一种特殊类型的 X 射线在分子水平上研究这种材料。

补充一些化学基础知识,所有塑料都是聚合物。

这意味着分子链将像珠子一样串在一起。

在这个实验中,塑料由两种不同的聚合物紧密缠绕在一起组成,其中一种是导体,另一种是实验所必需的。

塑料的一种。

这两种聚合物结合在一起创造了一种新型塑料,看起来像一串脆性的球状结构。

然而,结果并不理想。

该材料具有导电性,但不具有柔性。

研究人员推测,如果他们能找到合适的分子添加剂来分离这两种紧密缠绕的化合物,就可以防止它们结晶并使塑料更具延展性。

但他们必须小心,因为添加材料通常会通过使其导电而削弱导体传输信号的能力。

经过20多种材料的测试,他们终于找到了理想的一种。

它是一种类似于工业厨房中的汤制作添加剂的分子。

这种添加剂可以将脆弱而厚的分子结构变成可以拉伸和变形的多孔鱼网链。

在测试新材料时,他们兴奋地发现它可以拉伸到原来长度的两倍。

即使塑料被拉伸到其自然长度的 %,它的导电性能仍然很好。

“我们认为,如果我们在其中添加绝缘材料,最终的导电率会非常差,特别是当我们添加了这么多绝缘材料时,”鲍说。

但由于他们对调节分子组装的精确理解,他们最终获得了两全其美的结果:一种具有尽可能高的电导率,同时又具有弹性和韧性的材料。

包哲南的团队正在测试这种材料的弹性,用这种材料逐渐压在机器人测试仪的球面上。

从图片中可以看出,这种材料弹性很高,几乎是透明的。

该实验室博士后研究员王悦(音译,Yue Wang)表示,这种材料像皮肤一样柔软。

另外,值得一提的是,这种材料极其轻,透光率高达96%。

据新华社报道,鲍哲南表示,下一步将验证这种材料是否可以植入生物体,以及是否会对生物体造成损害。

与一些天马行空的实验室想法相比,这个发明有更清晰的应用场景。

希望这项技术能够尽快成熟并实现商业化。

让我们的可穿戴设备尽快摆脱刚性电路的束缚。