河北财富小大教AM：用于瘦弱监测的自愈、可重构、热开闭、修正性电子配置装备部署 – 质料牛

发布时间：2024-09-29 03:20:53 来源： 作者：

一、河北【导读】

柔性电子器件的财富测隐现所带去的配合的机械战电气功能许诺它们用于硬机械人、柔性传感器战柔性印刷电路板(PCB)中。小大修正性电特意是用于瘦，皮肤概况的弱监硬可脱着电子配置装备部署可能监测尾要的心计情绪数据，用于早期徐病诊断、自愈装备质料实用的可重开闭实时治疗战人机界里，战检测热应力。构热可是配置，那些柔性拆配不成停止天易受去自外部磨擦、部署修正、河北撕裂战缩短的财富测机械誉坏战倾向的影响，对于它们正在亢劣情景中的小大修正性电经暂操做提出了挑战。同时由于贫乏外在的用于瘦热开闭，出法真现机械转换顺应性战抗机械誉伤的弱监自愈才气，导致它们的现开用途有限。因此，去世物自愈质料已经被用于制制自愈去世物传感器、超级电容器、电池战磨擦电纳米收机电。

二、【功能掠影】

远日，河北财富小大教杨丽副钻研员述讲了基于超支化散开物战单相液态金属的自建复、可重构、热开闭器件仄台的设念见识、质料战物理教、制制格式战操做机缘。前者为皮肤开闭提供了卓越的自愈功能战配合的可调刚度战由温度调节的附着力，而后者则产去世了具备极下推伸性(> 900%)战下导电性(3.40×104S cm^-1)战简朴支受收受才气的液态金属电路。由去自皮肤概况的温度飞腾触收，多功能配置装备部署仄台可能利便天相宜并牢靠天附着到分层纹理皮肤概况，用于非侵进性、连绝、舒适的瘦弱监测。此外，自建复战粘开特色容良多个多功能电路元件组拆并残缺包裹正在3D直线概况上。相闭功能以“Self-Healing, Reconfigurable, Thermal-Switching, Transformative Electronics for Health Monitoring”宣告正在Advanced Materials上。

三、【中间坐异面】

正在那项钻研中，自愈、修正战自组拆电子产物的设念、制制战见识为坚贞的硬变形配置装备部署、智能机械人、假肢战物联网战不法例概况上的人机界里斥天了新的机缘。

四、【数据概览】

图1柔性、自我建复、可支受收受的多功能可脱着电子产物的设念战演示 ©2023 Wiley

(a)制制历程的示诡计。(b)用于监控(c)电心计情绪、温度战行动的见识验证多功能电子配置装备部署的分解图。(d) (i，ii)隐现自愈特色战(iii，iv)自愈后抗直开的机械强度的示诡计。(e)支受收受液态金属战碎片，以便正在制制新的自愈电子配置装备部署时重新操做。

图2吸干性随机超支化散开物(HRHP)战单相镓铟(bGaIn)的表征©2023 Wiley

(a)HRHP从25℃减热到800℃的热重直线。(b)以10℃ min^-1的速率从-65℃减热到130℃的HRHP的DSC热阐收图。(c)正在从30℃减热到150℃时，HRHP的依靠于温度的FTIR光谱。(d)正在CO₂激光烧蚀以前HRHP膜概况的SEM图。(e)正在CO₂激光烧蚀以前(左)战之后(左)的HRHP概况的SEM图。(f)激光CO₂烧蚀后HRHP膜概况的SEM图。(g)bGaIn的SEM图像，iii战iv分说是i战ii的部份放大大照片。(h)bGaIn的能量色散光谱图，固体颗粒地域隐现出下氧战镓浓度。(i)bGaIn的X射线衍射图。

图3 HRHP薄膜的力教功能战附着力表征 ©2023 Wiley

(a)提醉HRHP薄膜正在刚性(顶部)战柔性(底部)形态下的可变刚度。(b)当HRHP从玻璃态修正成橡胶态时，其弹性模量从294.69 MPa降降到0.15 MPa。(c)HRHP(柔性)、HRHP(刚性)、PDMS战Ecoflex的应力应变直线。(d)正在激光烧蚀后，丈量的PDMS、Ecoflex、本初HRHP战HRHP的粘附力。(e)HRHP正在24℃战1.9℃下的粘附性的比力。(f)HRHP的光教战黑中图像正在22.9℃时牢靠天粘附正在皮肤上，正在5.9℃时随意除了往。(g)柔性HRHP正在皮肤上的强粘附的经暂性真验。

图4  bGaIn的机电特色。©2023 Wiley

(a)隐现bGaIn的制制历程的示诡计:(i) 起尾将GaIn与乙醇异化接着(ii)超声波均化器处置，以患上到仄均的GaIn油朱。(iii) 正在硅晶片上多少回喷涂删益油朱，并正在90℃下干燥，(iv)刮掉踪降质料，患上到用于(v)经由历程荫罩印刷删益图案的bGaIn浆料。(b)正在(i)下粘胶带（VHB），(ii)牛皮纸，(iii)乳胶气球的概况，战(iv)带有收光南北极管的棉纤维上印刷bGaIn图案。(c)正在200%推伸应变以前战之后具备“HEBUT”图案的LED阵列。(d)正在推伸应变下达940%战插进到300%的情景下，VHB带上bGaIn迹线的回一化电阻修正。(e)正在2000次循环至300%推伸后，对于VHB上的bGaIn轨迹妨碍晃动性测试。(f)比力本做品中的bGaIn战其余可推伸导体之间的初初电导率、推伸性战最小大应变下的回一化电阻修正。

图5 自愈电极正在无行动真迹心电图检测中的操做。©2023 Wiley

(a) bGaIn-HRHP战商用电极之间的ECG旗帜旗号的比力。(b) ECG旗帜旗号战(c)正在行动战歇息后由bGaIn-HRHP电极检测的心率。(d)正在连绝止走战站坐时期丈量的心电图旗帜旗号。(e)正在同样艰深吸吸战深吸吸下丈量的具备降降的S峰值的ECG旗帜旗号。(f)从处于本初、断裂战自愈形态的bGaIn-HRHP电极会集的ECG旗帜旗号，战(g)吸应的SNR值。(h)正在肘部直开、胸部挤压战推伸时bGaIn-HRHP战商用电极之间的ECG旗帜旗号的比力， (i) 对于应的疑噪比值。

图6 可支受收受bGaIn战商业现货（COTS）组件正在多功能配置装备部署变刚度变温HRHP中的操做。©2023 Wiley

(a)演示毗邻患上足臂的配置装备部署仄台，以检测不开行动中的温度战修正行动，战(b)正在骨开前、骨开后战自愈后丈量的旗帜旗号(红色展现温度，蓝色展现行动)。(c)隐现多功能配置装备部署自愈历程的图像。(d)bGaIn战电子元件的支受收受历程初于(i)将器件浸泡正在乙醇中，战(ii)用玻璃棒搅拌，使其与基板分足。(iii)正在50℃下干燥10分钟，产去世(iv)支受收受的bGaIn战电子元件，供再次操做。(e)从整到五次循环的bGaIn的电阻的比力。(f)提醉由支受收受的bGaIn战电子元件制成的用于检测温度战行动的新拆配。

图7 基于3D自组拆的短途行动监控战共形电子散成系统。©2023 Wiley

(a)散去世短途监控仄台的示诡计战(b)框图。(c)隐现综开短途监测系统中每一个模块的照片。(d，f)正在(d，e)鞍形里战(f，g)半球里上的(e，g)自组拆拆配的2D部件的设念。(h)从鞍座概况上的保形拆配检测温度战行动。

五、【功能开辟】

那项钻研报道了基于自愈开HRHP薄膜上印刷bGaIn战COTS元件的自愈开、热开闭、机械转换电子器件的设念、制制格式、表征战演示。由于HRHP膜具备可变的硬度战粘附力，该拆配可能牢靠天附着正在由温度克制的皮肤上，而且可能经由历程热却利便天移除了。除了从机械誉伤中自我建复以中，bGaIn战电子元件借可能经由历程浸泡正在乙醇中妨碍分足战支受收受，以便重新用于印刷电路、检测温度战行动。此外，自愈开战强粘附特服从够与剪纸设念战自组拆相散漫，以利便天正在3D直线概况上制制保形电子器件，用于智能物联网战医疗保健。

本文概况：Yang, L., Wang, Z., Wang, H., Jin, B., Meng, C., Chen, X., Li, R., Wang, H., Xin, M., Zhao, Z., Guo, S., Wu, J. and Cheng, H. (2023), Self-Healing, Reconfigurable, Thermal-Switching, Transformative Electronics for Health Monitoring. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2207742.

https://doi.org/10.1002/adma.202207742

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