柔性、可渗透和 3D 集成电子皮肤将液态金属电路与纤维基质结合在一起

Josiah02 · 发表于 2024-7-16 08:23:19

　　近年来，世界各地的研究团队一直在尝试开发新型柔性和软性电子产品。这些设备可能具有多种潜在应用，例如帮助医生监测患者的健康状况或支持康复和运动表现。
　　为了让用户每天安全舒适地佩戴，这些设备应具有渗透性（即采用透气材料，允许液体和气体通过）。它们还应具有生物相容性（即可以长时间安全地佩戴在人体上）和抗拉性，这意味着它们在特定方向上拉伸或拉动时不易断裂。
　　香港理工大学和中国其他机构的研究人员最近开发出一种新型的内在可渗透、3D 集成和柔性电子皮肤。这种电子皮肤发表在《自然电子学》杂志的一篇论文中，基于放置在有机可拉伸纤维基质上的高密度无机电子元件。
　　“大多数可拉伸电子系统集成密度较低，并且通过外部印刷电路板进行连接，这限制了功能性，降低了用户体验并妨碍了长期可用性，”Qiuna Zhuang、Kuanming Yao 及其同事在论文中写道。“我们报告了一种本质上可渗透的三维集成电子皮肤。”
　　Zhuang、Yao 和他们的同事没有使用不透水的刚性印刷电路板，而是使用了一种基于可拉伸和可透水材料的皮肤状多层电路板。这种微图案电路板由液态金属和纤维垫制成。
　　研究人员写道：“该系统利用三维图案化多层液态金属电路和可拉伸混合液态金属焊料，将高密度无机电子元件与有机可拉伸纤维基底结合在一起。电子皮肤具有高柔软度、耐用性、织物般的透气性和水分渗透性，以及足够的生物相容性，可在皮肤上附着一周。”
　　研究人员开发的新型可拉伸材料具有很强的抗应变能力，在高达 1,500% 的应变下仍能保持其电气性能。此外，电子皮肤可以让空气和水分通过，防止长时间佩戴后出现皮疹和皮肤炎症。
　　当他们将他们提出的材料与之前开发的基于聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 材料的可拉伸电子皮肤进行比较时，研究团队发现，它明显更薄，刚性更低。为了进一步展示其性能，研究人员利用他们的电子皮肤开发了生物电子设备，可以记录生理信号并将其无线传输到另一台设备。
　　研究团队写道：“我们利用该平台创建无线、电池供电和无电池的皮肤附着生物电子系统，提供复杂的系统级功能，包括生物信号的稳定感知、信号处理和分析、电刺激和无线通信。”
　　未来，该研究团队开发的具有固有渗透性和柔韧性的电子皮肤可用于制造各种设备，以可靠、安全地监测生理过程。此外，它还可以启发基于柔性电路板和液态金属焊料的类似生物兼容设备的设计。

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