皮膚電子設(shè)備”是可以安裝在皮膚上的薄柔性電子設(shè)備。雖然這聽起來像是科幻小說中的東西，但預(yù)計(jì)這種設(shè)備很快就會成為具有廣泛應(yīng)用的下一代設(shè)備，例如健康監(jiān)測、健康診斷、虛擬現(xiàn)實(shí)和人機(jī)界面。
正如預(yù)期的那樣，制造此類設(shè)備需要柔軟且可拉伸的組件，以便在機(jī)械上與人體皮膚相容。皮膚電子設(shè)備的重要組成部分之一是一種本質(zhì)上可拉伸的導(dǎo)體，可在設(shè)備之間傳輸電信號。為了實(shí)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(dǎo)電性、高拉伸性和易于圖案化的可拉伸導(dǎo)體。盡管進(jìn)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(shí)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(lǐng)下，韓國首爾基礎(chǔ)科學(xué)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(fù)合材料的新方法，該方法具有所有上述屬性。新的復(fù)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(tuán)隊(duì)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(yīng)，這種效應(yīng)發(fā)生在具有不同表面張力的兩個(gè)液相中。當(dāng)表面張力存在梯度時(shí)，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(dǎo)致滴下的液體在水面上薄薄地?cái)U(kuò)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(fù)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(shí)納米線。最后，在第三步中，甲苯被蒸發(fā)，得到具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的納米膜，其中高度壓實(shí)的單層納米線部分嵌入超薄橡膠膜中。
其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可在超薄橡膠膜中實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)變分布，從而實(shí)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(dǎo)致類似金屬的電導(dǎo)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(jìn)行圖案化，這是一項(xiàng)廣泛用于制造商業(yè)半導(dǎo)體設(shè)備和先進(jìn)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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