柔性/弹性磁电功能材料与器件领域取得系列进展

来源: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

发布日期: 2018-11-19 12:16:16

中国科学院宁波材料技术与工程研究所在柔性和弹性磁电功能材料与器件领域取得系列进展,包括大应变的弹性导电材料和弹性加热器件、绿色环保的可回收柔性纸基电路、数字化的柔性触觉传感器等方面的研究成果。

可穿戴与可植入设备是人体运动监控、健康监控以及人机交互等技术的基础,在智慧医疗和智能机器人等万亿级产业上具有巨大的应用前景,其发展趋势是柔性化,乃至弹性化以及多功能化,发展柔性乃至弹性磁电功能材料与器件是核心与关键。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所磁性材料与器件重点实验室磁电子材料与器件团队围绕导电和磁性等功能材料的柔性化和弹性化开展研究工作,在柔性和弹性磁电功能材料、导体与传感器等方面取得了系列进展。

为解决上述问题,博士生郁哲、研究员尚杰和李润伟等采用液态金属作为导电填料,同时在导体内构建“葫芦串”状导电网络结构来释放应变,进一步提高它的应变稳定性。

结果表明,该可拉伸导电材料的导电性能够达到导体范畴(大于1000S/cm),并可以实现超过1000%的拉伸,更为重要的是,拉伸100%时电阻的波动小于4%,比传统可拉伸导电材料电阻的变化率降低了2-3个量级,实现了可拉伸导体大应变下的稳定性。该成果以底封面文章发表在Advanced Electronic Materials上。

进一步,采用上述可拉伸导电材料作为墨水,搭建了直写式打印机,实现了此材料在弹性基底上的直接打印和图案化设计,设计打印出的弹性加热器件,具有良好的热稳定性。该项工作为柔性可穿戴电子器件制备提供了新的材料和技术。

针对上述挑战,博士生李法利、副研究员刘宜伟和研究员李润伟等在纸上制备了液态金属基柔性电路,替代传统的铜、铝、银等电路,不仅解决了其弯折疲劳性差的问题,而且可回收,实现了纸基电路在制造、使用、回收等全生命周期的绿色化。该纸基电路具有良好的散热功能。该工作为发展绿色可回收的柔性电路提供了新的方法。

针对这一问题,博士生巫远招、副研究员刘宜伟和研究员李润伟巧妙地采用电感-电容(LC)振荡机理设计电路,当外界应力/应变引起电感值发生变化时,LC电路的频率就会发生变化,从而获得外加应力/应变与频率的对应关系,进一步通过优化LC共振电路,便可使其工作在人体的生理脉冲频率范围内。该工作为发展数字化仿生电子皮肤提供了一种新的方法。

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