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期待不?红酒或许是下一代可穿戴技术的关键所在!

更新时间:2019-07-12 21:57:41    来源:博科园    手机版

一组科学家正试图通过制造柔性纤维和从红酒中添加酸来启动一场可穿戴技术革命。曼彻斯特大学一组科学家从红酒、咖啡或红茶中提取单宁酸,开发出更耐用、更灵活的可穿戴设备。丹宁酸的加入改善了棉花等材料的机械性能,开发了用于康复监测的可穿戴传感器,大大延长了设备的使用寿命。该团队通过提高柔性传感器的耐用性,开发了可穿戴设备,如电容式呼吸传感器和在极端条件下使用的人工手。

在此之前,可穿戴技术在反复弯曲折叠后会出现故障,由于微小的微裂纹会影响设备导电性,改进这一点可以为更持久的集成技术打开大门。领导该研究小组的刘旭清博士说:我们正在用这种方法开发新的灵活、透气、可穿戴设备。本课组的主要研究目标是开发具有柔性人机界面的舒适可穿戴设备。传统导电材料与纤维的结合力较弱,导致导电率较低。当红酒、咖啡或红茶洒在衣服上时,很难去除这些污渍。

主要原因是它们都含有单宁酸,单宁酸能牢牢吸附在纤维表面。这种良好的附着力,正是我们需要的耐用可穿戴导电设备。发表在《Small》上的一项新研究表明,如果没有这层单宁酸,导电涂层通过反复弯曲和弯曲,很容易与织物表面分离,因此导电率比传统导电材料样品低数百倍,甚至数千倍。研究小组使用了市面上可以买到的单宁酸,但也试图将这种纤维直接浸入红酒、红茶和黑咖啡溶液中,发现了同样的结果。

这种新方法总体影响可能是降低可穿戴技术的价格,同时提高舒适度和鲁棒性。利用天然材料提高的导电性,可以让技术开发人员使用更舒适的面料,比如棉花,来取代僵硬、不舒服的尼龙。该技术还可以将电路直接打印到衣服表面,制成舒适、灵活的电路板。由于单宁酸吸附能力强,表面导电涂层具有良好的耐久性,所研制的可穿戴设备在弯曲、折叠、拉伸后仍保持优异性能。灵活性在可穿戴电子产品中起着至关重要的作用。

由于金属镀层中存在大量的微裂纹,反复弯曲往往导致导电率急剧下降,这对柔性导体是不利的。新研究分别提出了基于导电纺织品的触觉传感器和基于金属涂层聚氨酯海绵的弯曲传感器,它们具有更好的灵活性,可用于监测人体触摸和手臂运动。单宁酸是一种传统的媒染剂,它被引入到各种柔性基体上,为催化剂吸附和后续的化学沉积(ELD)提供了一个完美平台。通过对化学沉积金属的成核、生长和结构了解。

可以在纳米尺度上控制金属纳米颗粒的表面形貌,且只需简单地改变电镀时间。当化学镀时间为20min时,as‐制得的导电纤维的归一化电阻(R/R0)仅为1.6,在相同条件下(R/R0≈5),远低于60min ELD试样。这是因为纳米颗粒之间有大量未填充的间隙,防止了金属薄膜在弯曲下开裂。重要的是,开尔文问题与沉积的导电涂层有关,因为金属电池具有蜂窝状结构,这是解释导电率和柔韧性关系的理论基础。

博科园|研究/来自:曼彻斯特大学

参考期刊《Small》

DOI: 10.1002/smll.201902440

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