全橡膠電子器件:新一代柔性電子的技術(shù)革新
提到橡膠,您或許會(huì)想到用來生產(chǎn)手套、氣球和輪胎,但如今科學(xué)家已能夠用其制出可拉伸的全橡膠電子材料及器件。
美國休斯敦大學(xué)華人科學(xué)家余存江助理教授課題組在新一期美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志上報(bào)告說,他們在柔性可拉伸電子領(lǐng)域取得新突破,研制出了可拉伸的橡膠半導(dǎo)體和導(dǎo)體材料,并利用這些材料制成全橡膠晶體管、傳感器和機(jī)器人皮膚。
余存江9日在接受新華社記者電話采訪時(shí)說,柔性可拉伸電子在健康監(jiān)測、醫(yī)療植入、人造皮膚及人機(jī)交互等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊,但目前的電子材料尤其是半導(dǎo)體材料大多不可拉伸,因此人們主要通過將這些材料設(shè)計(jì)出特殊結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)可拉伸的目的,如褶皺、蛇形或彈簧等,但這些方法存在工藝復(fù)雜、結(jié)構(gòu)可靠性差、制作成本高等缺點(diǎn)。
余存江課題組轉(zhuǎn)而在材料本身下功夫,設(shè)計(jì)并制備出基于半導(dǎo)體納米纖維和硅橡膠的復(fù)合橡膠半導(dǎo)體材料。這些橡膠半導(dǎo)體不僅具有優(yōu)良的機(jī)械拉伸性,還具有良好的半導(dǎo)體電特性,可在拉伸50%的情況下正常工作。此外,他們還開發(fā)另外一種復(fù)合材料制備法,用金、銀等金屬與橡膠材料制備出能拉伸的橡膠金、橡膠銀等橡膠導(dǎo)體材料。
利用這些橡膠電子材料,課題組成功制成了全橡膠晶體管以及全橡膠的溫度、壓力等傳感器。全橡膠晶體管同樣可在拉伸50%的情況下正常工作,各種傳感器也具有良好的感測性能。
課題組還成功利用這些橡膠電子器件制成機(jī)器人皮膚,并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手感測環(huán)境以及翻譯啞語手勢的功能。
余存江說:“總的來說,全橡膠電子器件繼承了橡膠材料的機(jī)械性質(zhì),不僅具有優(yōu)良的可拉伸延展性、良好的電性能和高結(jié)構(gòu)可靠性,還具有制作工藝簡單、適合大規(guī)模制造、成本低的優(yōu)點(diǎn)??梢灶A(yù)見,全橡膠電子將推動(dòng)新一代柔性電子的技術(shù)革新?!?/p>