Przełom w czujnikach do noszenia? Inżynierowie NCSU tworzą rozciągliwy materiał elektroniczny, który może „oddychać”
Data opublikowania:RALEIGH – Naukowcy zajmujący się inżynierią stworzyli ultracienki, rozciągliwy materiał elektroniczny, który przepuszcza gaz, dzięki czemu materiał „oddycha”. Materiał został zaprojektowany specjalnie do zastosowania w technologiach biomedycznych lub do noszenia, ponieważ przepuszczalność gazów pozwala na odparowanie potu i lotnych związków organicznych ze skóry, dzięki czemu jest wygodniejszy dla użytkowników – szczególnie przy długotrwałym noszeniu.
„Przepuszczalność gazu stanowi duży postęp w porównaniu z wcześniejszą rozciągliwą elektroniką” – mówi Yong Zhu, współautor artykułu na temat tej pracy oraz profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. „Ale metoda, którą zastosowaliśmy do stworzenia materiału, jest również ważna, ponieważ jest to prosty proces, który można łatwo skalować”.
W szczególności badacze zastosowali technikę zwaną metodą figury oddechu, aby stworzyć rozciągliwą folię polimerową z równomiernym rozmieszczeniem otworów. Powlekanie folii polega na zanurzeniu jej w roztworze zawierającym nanodruty srebra. Następnie badacze prasują materiał na gorąco, aby uszczelnić nanodruty na miejscu.
„Uzyskana folia wykazuje doskonałe połączenie przewodności elektrycznej, przepuszczalności optycznej i przepuszczalności pary wodnej” – mówi Zhu. „A ponieważ nanodruty srebra są osadzone tuż pod powierzchnią polimeru, materiał wykazuje również doskonałą stabilność w obecności potu i po długotrwałym użytkowaniu”.
„Efekt końcowy jest niezwykle cienki – ma zaledwie kilka mikrometrów grubości” – mówi Shanshan Yao, współautorka artykułu i była doktorantka w NC State, obecnie wykładająca na Uniwersytecie Stony Brook. „Pozwala to na lepszy kontakt ze skórą, zapewniając elektronice lepszy stosunek sygnału do szumu.
„A przepuszczalność gazów przez urządzenia elektroniczne do noszenia jest ważna nie tylko ze względu na komfort” – mówi Yao. „Jeśli urządzenie do noszenia nie jest przepuszczalne dla gazów, może również powodować podrażnienie skóry”.
Aby zademonstrować potencjał materiału do wykorzystania w elektronice ubieralnej, badacze opracowali i przetestowali prototypy dla dwóch reprezentatywnych zastosowań.
Pierwszy prototyp składał się z suchych elektrod montowanych na skórze, które miały służyć jako czujniki elektrofizjologiczne. Mają one wiele potencjalnych zastosowań, takich jak pomiar sygnałów elektrokardiograficznych (EKG) i elektromiograficznych (EMG).
„Te czujniki były w stanie rejestrować sygnały o doskonałej jakości, porównywalnej z dostępnymi na rynku elektrodami” – mówi Zhu.
W drugim prototypie zademonstrowano zintegrowany z tekstyliami czujnik dotykowy na potrzeby interfejsów człowiek-maszyna. Autorzy wykorzystali nadającą się do noszenia osłonę tekstylną zintegrowaną z porowatymi elektrodami do grania w gry komputerowe, takie jak Tetris. Powiązany film można zobaczyć pod adresem https://youtu.be/7AO_cq8A_BE
„Jeśli chcemy opracować czujniki do noszenia lub interfejsy użytkownika, które można nosić przez dłuższy czas, potrzebujemy materiałów elektronicznych przepuszczających gaz” – mówi Zhu. „Jest to zatem znaczący krok naprzód”.
on papier, „Przepuszczalne dla gazu, ultracienkie, rozciągliwe elementy elektroniczne naskórka z porowatymi elektrodami” został opublikowany w czasopiśmie ACS Nano. Pierwszym autorem artykułu jest dr Weixin Zhou. student Uniwersytetu Poczty i Telekomunikacji w Nanjing (NUPT), który pracował nad projektem w ramach wizytującego stypendium naukowego w NC State. Współautorem artykułu jest doktor Hongyu Wang. student na Uniwersytecie NC oraz Qingchuan Du z NUPT. Współautorką korespondującą z artykułem jest Yanwen Ma, profesor na NUPT.
Praca została wykonana przy wsparciu National Science Foundation w ramach grantu o numerze CMMI-1728370.
(C) NCSU
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire