制造可拉伸、透气电子产品的新方法
近年来，工程师和材料科学家推出了越来越灵活的电子产品，可用于制造新的可穿戴设备，例如智能手表、生物传感器和健康监测技术。为了供人类长时间安全佩戴，这些电子产品还应具有渗透性（即让空气和湿气通过）和生物相容性（即对人体无害）。中国苏州大学的研究人员最近介绍了一种新方法，用于制造基于液态金属的可拉伸电子产品，这种电子产品具有可拉伸性、透气性和生物相容性。他们提出的方法在《自然电子学》的一篇论文中概述，该方法需要使用电路图案印章来为可穿戴设备创建多功能柔性电子元件。
论文共同作者冯岩告诉 Tech Xplore： “基于液态金属的可拉伸电子产品由于其在可穿戴电子产品领域的良好前景，近年来引起了人们的极大兴趣。”
“尽管如此，紧迫的挑战依然存在，包括涵盖蚀刻和氧等离子处理的复杂制造工艺，以及液态金属和聚合物基材之间不理想的界面相互作用，导致循环拉伸稳定性受损。”
基于液态金属的可拉伸电子材料通常具有各种局限性，这些局限性会阻碍或限制其开发个性化和定制电路的潜力。作为他们最近研究的一部分，Yan 和他的同事着手解决和克服这些局限性，他们引入了一种制造基于液态金属的柔性电子产品的替代方法。
“我们的方法结合了静电纺丝和压力冲压，弥补了可拉伸电子设备透气性、精度和可加工性之间的技术差距，”严解释说。“纳米纤维中的半嵌入液态金属颗粒可以在压力下破裂，并溢出形成连续的液态金属区域，从而能够选择性地构建具有高电路精度和出色稳定性的导电通路。”
利用他们新发明的方法，研究人员能够快速制备透气且可拉伸的电路。制造的电路具有高分辨率（即最小线宽为 50 µm）和高稳定性，在 100% 应变下可运行超过 30,000 次循环。
当与不同的电子元件集成时，严和他的同事们发明的压力冲压电子产品被发现支持不同的功能，包括方波信号输出、发光和无线充电。这意味着它们可以成为可穿戴设备的高度通用组件，使工程师能够使用这些电路实现不同的所需功能。
“我们创建的电路具有出色的生物相容性和渗透性，非常适合收集生物电信号，”严说。“此外，它的回收能力和通用性凸显了它在柔性电子领域的广阔潜力。”
Yan 和他的同事已经利用他们的可拉伸电路创建了用于监测生物电信号的原型传感器。未来，它们可以集成到其他可穿戴设备中，用于特定的医疗或运动相关应用。
该团队的柔性电子电路的另一个优点是，它们所基于的液态金属膜可以轻松拆解成单个组件并回收利用。这可以大大减少它们对环境的不利影响，也有助于它们的大规模部署。
“我们现在计划实现具有层间互连的多层电路板的制备，”严补充道。“通过精确调节液态金属和纳米纤维的模量和尺寸，我们还希望赋予电路在不同层中激活的能力，以精确满足我们不断变化的需求。”
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