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《自然.通讯》:柔软且自粘附高导电聚合物—一种理想柔性电子学界面材料

作者: 发布时间: 2022-01-19 浏览次数: [ ]


柔性电子学作为一门新兴的学科,在健康医疗、可穿戴设备、柔性显示、生物电子、机器人、人机交互系统等领域具有广泛的应用前景。然而,在实际使用过程中,较弱的表界面结合力和错配的机械性能,容易导致器件的失效。因此,如何获得粘附力强、模量低、导电性高的理想柔性电子学界面成为了柔性电子领域的关键之一 (图1)。


   

图1、柔性电子学界面


近日,万博app下载周学昌教授课题组在柔性电子学领域取得重要研究进展,在Nature出版集团旗下的综合性学术期刊《Nature Communications》发表了题为“Solution-processable, soft, self-adhesive, and conductive polymer composites for soft electronics”的研究论文,并入选了该期刊的“材料科学与化学”领域的编辑亮点论文(The Editors’ Highlights pages aim to showcase the 50 best papers recently published in an area)。该研究工作通过在导电聚合物网络中引入超分子作用,制备了柔软且自粘附的高导电聚合物界面材料,并成功应用于柔性电路、透明电极、发光器件、生物电极和肌肉训练可视化实时监控集成系统等方向。万博app下载的2019级硕士生谭鹏、副研究员王海飞博士为论文的共同第一作者,周学昌教授为通讯作者,深圳大学为唯一完成单位。


                           

图2、自粘附电极及其在肌肉训练中的肌电信号检测应用


该研究中周学昌教授课题组为了解决柔性电子学界面中的界面结合力弱、机械性能错配和导电性低的问题,在传统硬而脆的导电聚合物(PEDOT:PSS)网络中引入超分子作用,制备了低模量(56.1-401.9kPa)、高拉伸率(700%)、强界面粘附力(lap-shear strength >1.2MPa)、高导电性(1-37 S/cm)的界面材料。该材料具有优良的加工性能。研究人员通过采用打印、旋涂等溶液法加工技术,成功制备出了自粘附、可转移印刷的柔性电路和高透明的可粘附柔性薄膜电极。基于该自粘附柔性电极,研究人员通过采集肌电信号,对各类健身运动的强度和类型进行了系统分析(图2),并结合柔性发光器件开发出了一套集成了肌肉训练的肌电信号采集和可视化展示的实时监控系统,为日常健身运动的强度和安全性评估提供了解决方案(图3)。


                           

图3、基于自粘附电极的肌肉训练可视化实时监控集成系统


该研究工作为柔性电子学的发展,提供了一种新的柔性电子材料制备策略和理想柔性电子学界面的解决方案,对柔性电子器件的设计、制造以及多系统集成具有一定的意义。该研究得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、广东省杰出青年基金和深圳市科创委相关项目的支持。


全文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28027-y



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