郑州大学毛彦超教授课题组ACS Nano:基于Kirigami液态金属纸电极的多功能电子皮肤
2022-03-25 来源:高分子科技
液态金属作为电子皮肤的一种重要的电极材料,受到了广泛关注。目前一种制作液态金属电极的传统方法是使用弹性体进行封装,然而封装型液态金属电极在拉伸时容易产生泄漏,而且其液态金属层不能与皮肤直接接触,从而降低了其用于监测人体电生理信号的质量。另一种传统的方法是将液态金属分散在适当的溶剂中,然后将其印刷在某种基底的表面。然而,印刷型液态金属电极难以进行转移和回收,而且在拉伸时容易发生断裂,从而降低电极的导电性。因此,亟需发展一种具有良好的拉伸性、自支撑、导体暴露的液态金属电极。
郑州大学毛彦超教授课题组利用Kirigami剪纸方法发展了一种Kirigami液态金属纸电极,这种液态金属电极兼顾了自支撑、导体暴露、可拉伸、超薄、可回收的优点,利用这些优点作者将其作为电子皮肤应用于人体生理电监测和智能人机交互当中。基于Kirigami液态金属纸电极的电子皮肤有希望在健康监测、智能控制,以及智能机器人、可穿戴电子、皮肤集成电子等领域具有较好的应用。该研究以“A Self-Supporting, Conductor-Exposing, Stretchable, Ultrathin, and Recyclable Kirigami-Structured Liquid Metal Paper for Multifunctional E-Skin” 为题发表于国际权威期刊《ACS Nano》。
制备了复合液态金属纸电极,可以通过擦除液态金属的包裹层形成导电路径,以构建简单或复杂的导电电路。利用kirigami剪纸方法制备了三种不同类型的液态金属纸电极,包括单轴、双轴和方形螺旋结构。
分别对三种不同类型的剪纸结构进行了力学理论分析。并以单轴结构的电极为代表进行了应力-应变实验,通过利用有限元法对单轴结构电极应变过程中的应力分布进行模拟,并与实验结果进行比较。
电极在拉伸、扭转和弯曲三种类型的形变下均保持着良好的电学稳定性。通过与其他17篇文献进行比较,直观地展示了kirigami液态金属纸电极兼顾了自支撑、导体暴露、超薄、可拉伸和可回收的优点。
基于该电极的电子皮肤用于采集高质量的人体电生理信号。将双轴结构的电极贴在受试者前额进行脑电信号采集,受试者在不同的状态下的脑电信号表现出明显的差异。
利用该电极的传感性质,进一步开发了一个基于电子皮肤的智能拨号通信系统,实现了利用这种电子皮肤给手机拨打电话的功能。该结果表明这种基于kirigami液态金属纸电极的电子皮肤在智能控制系统中的具有较好的应用前景。 郑州大学物理学院(微电子学院)硕士生李星、副研究员朱鹏程为论文的共同第一作者,毛彦超教授为论文的通讯作者。
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c11096?ref=pdf
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(责任编辑:xu)
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