Самосборные, высокопрофессиональные датчики могут улучшить носимые устройства

Исследователи Penn State разработали новый мягкий и растягивающий материал, который можно 3D-печать.Материал можно использовать для изготовления носимых устройств, такого датчика, который можно носить на пальце, как показано здесь.Кредит: Марция Момин

Они опубликовали свои результаты в Advanced Materials материалах.

«Люди разрабатывают мягкие и растягиваемые дирижеры в течение почти десятилетия, но проводимость обычно не очень высока», - сказал соответствующий автор Тао Чжоу, доцент штата Пенсильвания.Материаловая и инженерия в Колледже земли и минеральных наук.

«Исследователи поняли, что они могут достичь высокой проводимости с проводниками на основе жидкости, но значительным ограничением этого является то, что для активации материала требуется вторичный метод, прежде чем он сможет достичь высокой проводимости».

Исследователи заявили, что растягивающие проводники на основе жидкости на основе растягивания на основе металлов страдают от неотложной сложности и проблем, связанных с процессом активации после фабрики.Вторичные методы активации включают растяжение, сжатие, трение сдвига, механическое спекание и лазерную активацию, которые могут привести к проблемам изготовления и могут привести к утечке жидкого металла, что приводит к разрушению устройства.

«Наш метод не требует какой -либо вторичной активации, чтобы сделать материальную проводящую», - сказал Чжоу, который также имеет связь с Институтами наук о жизни Гек и Институтом исследований материалов.«Материал может самостоятельно сформировать, чтобы ее нижняя поверхность была очень проводящей, а ее верхняя поверхность самостоятельно саморегучивается».

В новом методе исследователи объединяют жидкий металл, проводящую полимерную смесь, называемую PEDOT: PSS и гидрофильный полиуретан, который позволяет жидкому металлу трансформироваться в частицы.

Когда композитный мягкий материал печатается и нагревается, частицы жидкого металла на ее нижней поверхности сами вводят в проводящий путь.Частицы в верхнем слое подвергаются воздействию среды, богатой кислородом и окисляются, образуя изолированный верхний слой.

Проводящий слой имеет решающее значение для передачи информации в датчик, например, записи мышечной активности и чувствительность деформации на организме, в то время как изолированный слой помогает предотвратить утечку сигнала, что может привести к менее точному сбору данных.

«Наши инновации здесь - это материалы», - сказал Чжоу.«Обычно, когда жидкие металлы смешиваются с полимерами, они не являются проводящими и требуют вторичной активации для достижения проводимости. Но эти три компонента позволяют самосборку, которая производит высокую проводимость мягкого и растягивающего материала без метода вторичной активации».

По словам Чжоу, материал также может быть 3D-печать, что облегчает изготовление носимых устройств.Исследователи продолжают изучать потенциальные приложения, с акцентом на вспомогательные технологии для людей с ограниченными возможностями.

More information: Salahuddin Ahmed et al, Self‐Assembly Enabled Printable Asymmetric Self‐Insulated Stretchable Conductor for Human Interface, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202400082