Bærbar sensor gennembrud? NCSU-ingeniører skaber strækbart elektronisk materiale, der kan 'ånde'

RALEIGH – Ingeniørforskere har skabt ultratyndt, strækbart elektronisk materiale, der er gasgennemtrængeligt, hvilket gør det muligt for materialet at "ånde". Materialet er designet specifikt til brug i biomedicinske eller bærbare teknologier, da gaspermeabiliteten tillader sved og flygtige organiske forbindelser at fordampe væk fra huden, hvilket gør det mere behageligt for brugerne - især ved langvarig brug.

"Gasgennemtrængeligheden er det store fremskridt i forhold til tidligere strækbar elektronik," siger Yong Zhu, der er medtilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og professor i mekanisk og rumfartsteknik ved North Carolina State University. "Men den metode, vi brugte til at skabe materialet, er også vigtig, fordi det er en enkel proces, der ville være let at skalere op."

Specifikt brugte forskerne en teknik kaldet åndefigurmetoden til at skabe en strækbar polymerfilm med en jævn fordeling af huller. Filmen belægges ved at dyppe den i en opløsning, der indeholder sølv nanotråde. Forskerne varmepresser derefter materialet for at forsegle nanotrådene på plads.

"Den resulterende film viser en fremragende kombination af elektrisk ledningsevne, optisk transmittans og vanddamppermeabilitet," siger Zhu. "Og fordi sølv nanotrådene er indlejret lige under overfladen af polymeren, udviser materialet også fremragende stabilitet i nærvær af sved og efter langvarig slid."

"Slutresultatet er ekstremt tyndt - kun et par mikrometer tykt," siger Shanshan Yao, medforfatter af papiret og en tidligere postdoc-forsker ved NC State, som nu er på fakultetet ved Stony Brook University. "Dette giver mulighed for bedre kontakt med huden, hvilket giver elektronikken et bedre signal-til-støj-forhold.

"Og gaspermeabiliteten af bærbar elektronik er vigtig for mere end bare komfort," siger Yao. "Hvis en bærbar enhed ikke er gasgennemtrængelig, kan den også forårsage hudirritation."

For at demonstrere materialets potentiale til brug i bærbar elektronik udviklede og testede forskerne prototyper til to repræsentative applikationer.

Den første prototype bestod af hudmonterbare, tørre elektroder til brug som elektrofysiologiske sensorer. Disse har flere potentielle anvendelser, såsom måling af elektrokardiografi (EKG) og elektromyografi (EMG) signaler.

"Disse sensorer var i stand til at optage signaler med fremragende kvalitet, på niveau med kommercielt tilgængelige elektroder," siger Zhu.

Den anden prototype demonstrerede tekstil-integreret berøringsføling til menneske-maskine-grænseflader. Forfatterne brugte en bærbar tekstil-sleeve integreret med de porøse elektroder til at spille computerspil såsom Tetris. Relateret video kan ses på https://youtu.be/7AO_cq8A_BE

"Hvis vi ønsker at udvikle bærbare sensorer eller brugergrænseflader, der kan bæres i en betydelig periode, har vi brug for gasgennemtrængelige elektroniske materialer," siger Zhu. "Så dette er et vigtigt skridt fremad."

han papir, "Gasgennemtrængelig, ultratynd, strækbar epidermal elektronik med porøse elektroder," er publiceret i tidsskriftet ACS Nano. Første forfatter af papiret er Weixin Zhou, en Ph.D. studerende ved Nanjing University of Posts and Telecommunications (NUPT), som arbejdede på projektet, mens han var gæsteforsker ved NC State. Papiret var medforfatter af Hongyu Wang, en Ph.D. studerende ved NC State, og af Qingchuan Du fra NUPT. Medkorresponderende forfatter til papiret er Yanwen Ma, professor ved NUPT.

Arbejdet blev udført med støtte fra National Science Foundation, under bevillingsnummer CMMI-1728370.

(C) NCSU

Original artikelkilde: WRAL TechWire