可穿戴传感器的突破？ NCSU 工程师创造出可以“呼吸”的可拉伸电子材料

罗利 – 工程研究人员发明了一种超薄、可拉伸的电子材料，这种材料具有透气性，可“呼吸”。该材料专为生物医学或可穿戴技术而设计，因为透气性可使汗水和挥发性有机化合物从皮肤上蒸发掉，让用户感觉更舒适——尤其是长期佩戴。

“与早期的可拉伸电子产品相比，透气性是一大进步，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程教授 Yong Zhu 说道。“但我们用于制造这种材料的方法也很重要，因为这是一个简单的过程，很容易扩大规模。”

具体来说，研究人员使用一种称为呼吸图法的技术来创建一种可拉伸的聚合物薄膜，其孔分布均匀。将薄膜浸入含有银纳米线的溶液中，即可对其进行涂层处理。然后，研究人员对材料进行热压，以将纳米线密封到位。

“最终得到的薄膜表现出了电导率、光透射率和水蒸气渗透性的完美结合，”朱说。“而且由于银纳米线嵌入在聚合物表面下方，该材料在汗液存在和长期佩戴后也表现出出色的稳定性。”

“最终结果非常薄——只有几微米厚，”论文合著者、北卡罗来纳州立大学前博士后研究员、现任石溪大学教员的姚珊珊说。“这可以更好地与皮肤接触，使电子设备具有更好的信噪比。

“可穿戴电子设备的透气性不仅对舒适性很重要，”姚说。“如果可穿戴设备不透气，也会引起皮肤刺激。”

为了证明该材料在可穿戴电子产品中的应用潜力，研究人员开发并测试了两种代表性应用的原型。

第一个原型由可贴在皮肤上的干电极组成，用作电生理传感器。它们有多种潜在应用，例如测量心电图 (ECG) 和肌电图 (EMG) 信号。

“这些传感器能够记录质量极佳的信号，与市售的电极相当，”朱说。

第二个原型展示了人机界面的纺织品集成触摸感应。作者使用集成了多孔电极的可穿戴纺织品袖子来玩俄罗斯方块等电脑游戏。相关视频可在以下网址观看： https://youtu.be/7AO_cq8A_BE

“如果我们想开发可穿戴传感器或可长时间佩戴的用户界面，我们就需要透气电子材料，”朱说。“所以这是向前迈出的重要一步。”

这篇论文， “带有多孔电极的透气、超薄、可拉伸表皮电子产品” 发表在ACS Nano杂志上。论文第一作者是南京邮电大学博士生周伟新，他在北卡罗来纳州立大学做访问学者期间参与了该项目。论文由北卡罗来纳州立大学博士生王宏宇和南京邮电大学的杜庆川共同撰写。论文的共同通讯作者是南京邮电大学教授马彦文。

这项工作得到了美国国家科学基金会的支持，资助编号为 CMMI-1728370。

(C) 北卡罗来纳州立大学

原文来源： WRAL 技术线