浮動組裝方法能夠制造高導電性 可拉伸性和超薄納米膜

皮膚電子設備”是可以安裝在皮膚上的薄柔性電子設備。雖然這聽起來像是科幻小說中的東西，但預計這種設備很快就會成為具有廣泛應用的下一代設備，例如健康監(jiān)測、健康診斷、虛擬現(xiàn)實和人機界面。

正如預期的那樣，制造此類設備需要柔軟且可拉伸的組件，以便在機械上與人體皮膚相容。皮膚電子設備的重要組成部分之一是一種本質(zhì)上可拉伸的導體，可在設備之間傳輸電信號。為了實現(xiàn)可靠的操作和高質(zhì)量的性能，需要具有超薄厚度、類似金屬的導電性、高拉伸性和易于圖案化的可拉伸導體。盡管進行了廣泛的研究，但由于它們之間經(jīng)常需要權(quán)衡，因此還不可能開發(fā)出一種同時具有所有這些特性的材料。

在 HYEON Taeghwan 教授和 KIM Dae-Hyeong 教授的帶領下，韓國首爾基礎科學研究所 (IBS) 納米粒子研究中心的研究人員公布了一種制造納米膜形式復合材料的新方法，該方法具有所有上述屬性。新的復合材料由金屬納米線組成，這些金屬納米線緊密堆積在超薄橡膠膜內(nèi)的單層中。

這種新型材料是使用該團隊開發(fā)的一種稱為“浮動組裝方法”的工藝制成的。浮子組件利用了馬蘭戈尼效應，這種效應發(fā)生在具有不同表面張力的兩個液相中。當表面張力存在梯度時，會從表面張力較低的區(qū)域向表面張力較高的區(qū)域產(chǎn)生 Marangoni 流。這意味著將表面張力較低的液體滴在水面上會局部降低表面張力，由此產(chǎn)生的馬蘭戈尼流會導致滴下的液體在水面上薄薄地擴散。

納米膜是使用浮子組裝方法創(chuàng)建的，該方法由三步過程組成。第一步是將復合溶液滴在水面上，該溶液是金屬納米線、溶解在甲苯中的橡膠和乙醇的混合物。由于其疏水性，甲苯-橡膠相保持在水面之上，而納米線最終位于水相和甲苯相之間的界面上。溶液中的乙醇與水混合以降低局部表面張力，從而產(chǎn)生向外傳播的 Marangoni 流并阻止納米線的聚集。這將納米材料在水和非常薄的橡膠/溶劑膜之間的界面處組裝成單層。第二步，滴下表面活性劑以產(chǎn)生第二波 Marangoni 流，從而緊密地壓實納米線。最后，在第三步中，甲苯被蒸發(fā)，得到具有獨特結(jié)構(gòu)的納米膜，其中高度壓實的單層納米線部分嵌入超薄橡膠膜中。

其獨特的結(jié)構(gòu)可在超薄橡膠膜中實現(xiàn)有效的應變分布，從而實現(xiàn)優(yōu)異的物理性能，例如超過 1,000% 的拉伸性和僅 250 nm 的厚度。該結(jié)構(gòu)還允許納米膜彼此冷焊和雙層堆疊，這導致類似金屬的電導率超過 100,000 S/cm。此外，研究人員還證明，可以使用光刻技術(shù)對納米膜進行圖案化，這是一項廣泛用于制造商業(yè)半導體設備和先進電子產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。因此，納米膜有望成為一種新型的皮膚電子平臺材料。

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