导读
关键字 背景 为了适应身体的自由活动,皮肤必须能够弯曲和拉伸。同样,任何穿在身上衣物,为了舒适度,在人体肌肉和关节处也必须具备柔性。正因为如此,所以像氨纶这样的合成纤维织物在运动服中很流行。 可穿戴电子设备一般都用于追踪和测量人体运动,所以它们也必须具备与皮肤相似的特性:柔性。 (图片来源:哈佛大学维斯生物启发工程研究所) 目前,将刚性电子元器件整合到模仿皮肤的基质材料中,已经被证明相当具有挑战性。此类元器件无法像柔性材料一样被拉伸,分散施加在其上的力量。因为不具备柔性,在柔性和刚性组件的连接处会产生应力集中,经常导致可穿戴设备失效。 创新 最近,美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) 科学博士 Jennifer Lewis 的实验室、佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)、美国空军研究实验室的 J. Daniel Berrigan 博士和 Michael
Durstock 博士协力合作,设计出一种用于柔性电子的新型增材制造技术,也称为“混合3D打印”,它将柔性导电油墨、柔性基质材料、刚性电子组件集成到单一、可拉伸的柔性电子设备中。 (图片来源:哈佛大学维斯生物启发工程研究所) 论文第一作者 Alex Valentine,在完成这项研究时,曾任维斯研究所的主管工程师,现在是波士顿大学医学院的医科学生。他说:
技术 柔性导电油墨由热塑性聚氨酯弹性体(TPU)制成,这种柔性塑料与银片相混合。纯TPU和银-TPU油墨都可以用于印刷,从而分别制造出设备的底层柔性基质材料和导电电极。 Valentine 解释说:
(图片来源:哈佛大学维斯生物启发工程研究所) 印刷工艺使得导电油墨中的银片沿着印刷方向对齐。因此,平面的、似片状的银片侧面相互层叠,就像森林地面上的叶子一样层叠在一起。这种结构排列提高了它们沿着印刷电极导电的能力。 SEAS Lewis 实验室的博士后研究员、论文的合著者之一 Will Boley 博士称:
柔性传感器由导电材料、可编程的控制器芯片、读出设备组成。导电材料,在拉伸时其导电率会发生变化(检测到运动时变低),控制器芯片用于处理数据,读出设备则用于以人类可理解的方式进行数据通信。研究人员为了制造出这种传感器,将印刷柔性传感器与数字化的“拾放工艺”相结合。数字化的“拾放工艺”以一种特殊的编程方式,通过打印喷嘴(通常用于喷墨),形成适度真空,拾起电子元器件,将它们放置到基质表面。 (图片来源:哈佛大学维斯生物启发工程研究所) |
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