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上海硅酸盐所在柔性电子器件用超高弹性导线方面取得重要进展
2018-07-12 08:50:06 | 【 【打印】【关闭】

  柔性及可拉伸电子学是当前电子学领域的研究热点,并且在柔性显示器、电子皮肤、柔性传感器以及可植入医疗器件等应用方面取得了进展。各种柔性及可拉伸电子器件的构筑过程中,必须依赖于不同形变条件下仍保持良好导电能力的弹性导电体的连接,因此超高弹性导线的制备成为发展柔性电子器件的关键。近年来,研究者制备弹性导电体的主要方法是将导电材料构筑成可释放预应变的形状结构,一方面可借助柔性衬底将各种导电材料构筑成波纹状;二是直接通过微加工如光刻、电子束沉积的方法进行构型。虽然取得了一定的成效,但是上面所述方法仍存在耗时及难以量产的缺点,而且所制备的弹性导电体大多只能在中等的应变范围内(<200%)保持良好的导电能力。 

  近期,中国科学院上海硅酸盐研究所孙静研究员带领的科研团队成功地制备了具有超高弹性(>500%)的高电导率弹性导电纤维,该弹性导电纤维在各种苛刻的外力变形条件下仍能够保持优异的导电能力,在柔性电子领域具有广阔的应用前景。该项工作发表于期刊ACS NANOhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn5070937),已申请中国发明专利一项。 

  该研究团队采用了双层螺旋包覆纱为弹性支架材料,通过浸渍涂布的方法将银纳米线均匀包覆于棉纤维的表面作为导电材料,所得的弹性导电纤维电导率可以高达4000 S/cm,并且在拉伸至500%的应变条件下,电导率仍然可以保持在688 S/cm。在循环变形测试下,1000200%应变拉伸变形后,电导率稳定在188 S/cm1000次弯曲变形后,电导率则一直保持稳定不变。在应用展示中,该研究团队利用弹性导电纤维作为导线系统,将LED阵列直接集成组装在柔性聚合物基底上,得到的LED阵列在拉伸、弯曲等各种变形下都能够保持稳定工作,充分显示了该弹性导电纤维在大面积柔性电子学领域的应用潜力。该研究团队还通过小鼠背部皮下的植入实验,证明了该弹性导电纤维的生物兼容性,为其在可植入柔性器件领域的应用奠定了基础。 

  该工作一经发表便引起国际关注,Science在近期科技新闻页面中做了专题报导:http://news.sciencemag.org/technology/2015/04/yarn-conducts-electricity 

  该项工作得到了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金委、上海市自然科学基金委和中国科学院上海硅酸盐研究所创新项目的资助。 

   

  左图:不同银纳米线含量的弹性导电纤维在拉伸测试中电导率变化;右图:利用弹性导电纤维作为导电连接组装的柔性可拉伸LED阵列 

    

    

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