一組科學(xué)家正試圖通過(guò)制造柔性纖維和從紅酒中添加酸來(lái)啟動(dòng)一場(chǎng)可穿戴技術(shù)革命。曼徹斯特大學(xué)一組科學(xué)家從紅酒、咖啡或紅茶中提取單寧酸，開(kāi)發(fā)出更耐用、更靈活的可穿戴設(shè)備。丹寧酸的加入改善了棉花等材料的機(jī)械性能，開(kāi)發(fā)了用于康復(fù)監(jiān)測(cè)的可穿戴傳感器，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)提高柔性傳感器的耐用性，開(kāi)發(fā)了可穿戴設(shè)備，如電容式呼吸傳感器和在極端條件下使用的人工手。
在此之前，可穿戴技術(shù)在反復(fù)彎曲折疊后會(huì)出現(xiàn)故障，由于微小的微裂紋會(huì)影響設(shè)備導(dǎo)電性，改進(jìn)這一點(diǎn)可以為更持久的集成技術(shù)打開(kāi)大門(mén)。領(lǐng)導(dǎo)該研究小組的劉旭清博士說(shuō)：我們正在用這種方法開(kāi)發(fā)新的靈活、透氣、可穿戴設(shè)備。本課組的主要研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)具有柔性人機(jī)界面的舒適可穿戴設(shè)備。傳統(tǒng)導(dǎo)電材料與纖維的結(jié)合力較弱，導(dǎo)致導(dǎo)電率較低。當(dāng)紅酒、咖啡或紅茶灑在衣服上時(shí)，很難去除這些污漬。
主要原因是它們都含有單寧酸，單寧酸能牢牢吸附在纖維表面。這種良好的附著力，正是我們需要的耐用可穿戴導(dǎo)電設(shè)備。發(fā)表在《Small》上的一項(xiàng)新研究表明，如果沒(méi)有這層單寧酸，導(dǎo)電涂層通過(guò)反復(fù)彎曲和彎曲，很容易與織物表面分離，因此導(dǎo)電率比傳統(tǒng)導(dǎo)電材料樣品低數(shù)百倍，甚至數(shù)千倍。研究小組使用了市面上可以買(mǎi)到的單寧酸，但也試圖將這種纖維直接浸入紅酒、紅茶和黑咖啡溶液中，發(fā)現(xiàn)了同樣的結(jié)果。
這種新方法總體影響可能是降低可穿戴技術(shù)的價(jià)格，同時(shí)提高舒適度和魯棒性。利用天然材料提高的導(dǎo)電性，可以讓技術(shù)開(kāi)發(fā)人員使用更舒適的面料，比如棉花，來(lái)取代僵硬、不舒服的尼龍。該技術(shù)還可以將電路直接打印到衣服表面，制成舒適、靈活的電路板。由于單寧酸吸附能力強(qiáng)，表面導(dǎo)電涂層具有良好的耐久性，所研制的可穿戴設(shè)備在彎曲、折疊、拉伸后仍保持優(yōu)異性能。靈活性在可穿戴電子產(chǎn)品中起著至關(guān)重要的作用。
由于金屬鍍層中存在大量的微裂紋，反復(fù)彎曲往往導(dǎo)致導(dǎo)電率急劇下降，這對(duì)柔性導(dǎo)體是不利的。新研究分別提出了基于導(dǎo)電紡織品的觸覺(jué)傳感器和基于金屬涂層聚氨酯海綿的彎曲傳感器，它們具有更好的靈活性，可用于監(jiān)測(cè)人體觸摸和手臂運(yùn)動(dòng)。單寧酸是一種傳統(tǒng)的媒染劑，它被引入到各種柔性基體上，為催化劑吸附和后續(xù)的化學(xué)沉積(ELD)提供了一個(gè)完美平臺(tái)。通過(guò)對(duì)化學(xué)沉積金屬的成核、生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)了解。
可以在納米尺度上控制金屬納米顆粒的表面形貌，且只需簡(jiǎn)單地改變電鍍時(shí)間。當(dāng)化學(xué)鍍時(shí)間為20min時(shí)，as‐制得的導(dǎo)電纖維的歸一化電阻(R/R0)僅為1.6，在相同條件下(R/R0≈5)，遠(yuǎn)低于60min ELD試樣。這是因?yàn)榧{米顆粒之間有大量未填充的間隙，防止了金屬薄膜在彎曲下開(kāi)裂。重要的是，開(kāi)爾文問(wèn)題與沉積的導(dǎo)電涂層有關(guān)，因?yàn)榻饘匐姵鼐哂蟹涓C狀結(jié)構(gòu)，這是解釋導(dǎo)電率和柔韌性關(guān)系的理論基礎(chǔ)。
博科園｜研究/來(lái)自：曼徹斯特大學(xué)
參考期刊《Small》
DOI: 10.1002/smll.201902440
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