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近日(ri)，南(nan)京郵電大學材料科(ke)學與工程學院馬延(yan)文教授團隊與北卡(ka)羅萊納州立大學研究(jiu)者們研發出一款具有透氣性的(de)(de)超薄、可(ke)拉(la)伸多孔電極制(zhi)備的(de)(de)表皮電子(zi)器件，在國(guo)內外引起(qi)廣泛關注。

隨著科技的(de)(de)(de)進(jin)步(bu)，大(da)眾在追求(qiu)性能(neng)的(de)(de)(de)同時，對于(yu)電(dian)(dian)子產品的(de)(de)(de)體(ti)驗(yan)、舒(shu)適感(gan)的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)日益增(zeng)加。用于(yu)監測心率的(de)(de)(de)運動電(dian)(dian)子手(shou)環，玩虛擬現實游戲時佩(pei)戴(dai)的(de)(de)(de)眼鏡，逐漸走進(jin)大(da)眾視(shi)野的(de)(de)(de)智能(neng)手(shou)表(biao)……為了讓這些與人(ren)類“親密接觸(chu)”的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子產品佩(pei)戴(dai)時更為舒(shu)適，同時功能(neng)不受汗水影響，團隊決(jue)定從超薄透氣導電(dian)(dian)薄膜的(de)(de)(de)研制入手(shou)。

對超(chao)薄(bo)透氣(qi)(qi)導電薄(bo)膜(mo)的開(kai)發而言，首(shou)先要解決兩個關鍵問(wen)題，一是制(zhi)備(bei)(bei)可(ke)拉伸透氣(qi)(qi)基底(di)薄(bo)膜(mo)，二(er)是實現(xian)(xian)(xian)其(qi)導電性(xing)(xing)。“我們(men)制(zhi)備(bei)(bei)的這種(zhong)超(chao)薄(bo)透氣(qi)(qi)性(xing)(xing)柔性(xing)(xing)電子器(qi)件，其(qi)核(he)心創新之處(chu)在(zai)于(yu)(yu)將呼(hu)(hu)吸圖法這種(zhong)廉價、快速、易于(yu)(yu)大面(mian)積制(zhi)備(bei)(bei)的方法引入了透氣(qi)(qi)性(xing)(xing)表(biao)(biao)皮電子器(qi)件的制(zhi)備(bei)(bei)中。”馬延文告訴《科技周刊》記(ji)者(zhe)，呼(hu)(hu)吸圖法源(yuan)于(yu)(yu)自然現(xian)(xian)(xian)象，即(ji)空氣(qi)(qi)中的水蒸氣(qi)(qi)會(hui)凝結(jie)在(zai)冷的表(biao)(biao)面(mian)上，例如冬(dong)天(tian)凝結(jie)在(zai)窗玻璃(li)上的霧(wu)氣(qi)(qi)就(jiu)是一種(zhong)呼(hu)(hu)吸圖。科研工作(zuo)者(zhe)們(men)經過多年(nian)研究(jiu)，摸索出了一套控制(zhi)水滴(di)凝結(jie)過程的條件，進(jin)而實現(xian)(xian)(xian)了對呼(hu)(hu)吸圖結(jie)構的精(jing)準控制(zhi)。

研究(jiu)團隊成員周偉欣(xin)博(bo)士解釋(shi)，為了(le)(le)制備可拉伸透(tou)氣基底(di)薄(bo)膜(mo)，研究(jiu)人員將(jiang)少(shao)量(liang)配置(zhi)好的(de)(de)實驗(yan)溶液均(jun)勻(yun)涂覆(fu)在(zai)玻璃基板并立即放入高濕度環境中。溶液蒸(zheng)發(fa)帶走熱量(liang)，使玻璃襯(chen)底(di)降(jiang)溫，進(jin)而(er)導致水蒸(zheng)氣冷凝(ning)在(zai)玻璃襯(chen)底(di)上(shang)。這(zhe)些冷凝(ning)后的(de)(de)水滴占據(ju)了(le)(le)襯(chen)底(di)表(biao)面的(de)(de)空間(jian)，因此在(zai)有機(ji)溶劑完(wan)全蒸(zheng)發(fa)后，就在(zai)玻璃襯(chen)底(di)表(biao)面上(shang)留下了(le)(le)多孔(kong)結(jie)構的(de)(de)薄(bo)膜(mo)。“我們在(zai)孔(kong)徑和孔(kong)結(jie)構均(jun)一性上(shang)進(jin)行了(le)(le)平衡。在(zai)孔(kong)徑達到40 微米時(shi)，薄(bo)膜(mo)的(de)(de)孔(kong)結(jie)構都(dou)是(shi)洞穿的(de)(de)。”

呼吸圖法成功制(zhi)備(bei)出了(le)可拉伸(shen)透(tou)氣基底薄(bo)膜，那么如(ru)何(he)能使它具有良好的(de)導(dao)電性?為此，研發團隊(dui)把薄(bo)膜在導(dao)電性能出色的(de)銀(yin)納米(mi)(mi)線溶液中反(fan)復浸(jin)泡、烘(hong)干多(duo)次，以在薄(bo)膜上均勻覆蓋(gai)銀(yin)納米(mi)(mi)線導(dao)電網絡(luo)。“15~20微米(mi)(mi)的(de)銀(yin)納米(mi)(mi)線附(fu)著在多(duo)孔(kong)聚氨酯(zhi)薄(bo)膜的(de)骨架上，將薄(bo)膜兩面(mian)聯通，從而實(shi)現雙面(mian)導(dao)電的(de)特(te)性。通過(guo)加熱加壓處理，銀(yin)納米(mi)(mi)線與(yu)薄(bo)膜的(de)結合更緊密，其電學穩定性也大大增強(qiang)。”馬延文說(shuo)。

那么，攻破了(le)兩(liang)大難(nan)題所制備出的(de)超薄透氣(qi)導(dao)電(dian)薄膜(mo)，是否真(zhen)的(de)可(ke)以(yi)(yi)在表(biao)皮(pi)電(dian)子器件透氣(qi)性、自支撐等方面(mian)實現突破?為(wei)(wei)了(le)證(zheng)明這種材料(liao)(liao)良(liang)好(hao)的(de)皮(pi)膚(fu)相容性，團隊成員將(jiang)電(dian)極材料(liao)(liao)貼敷在皮(pi)膚(fu)上(shang)一(yi)周(zhou)，實驗結果(guo)顯(xian)示：佩(pei)戴期(qi)間(jian)皮(pi)膚(fu)絲毫沒有(you)(you)受到刺(ci)激，且材料(liao)(liao)仍可(ke)以(yi)(yi)正常導(dao)電(dian)。“這種材料(liao)(liao)還可(ke)以(yi)(yi)作為(wei)(wei)觸摸(mo)電(dian)極，與(yu)藍牙控(kong)(kong)制器一(yi)起集成在織(zhi)物上(shang)，制作成具有(you)(you)無線(xian)操控(kong)(kong)功能(neng)的(de)袖套(tao)(tao)，與(yu)電(dian)腦建立通訊后(hou)，能(neng)夠(gou)實現鍵盤部分功能(neng)的(de)操控(kong)(kong)。”馬延文表(biao)示，佩(pei)戴袖套(tao)(tao)玩俄羅斯方塊(kuai)(kuai)的(de)游戲時，玩家觸摸(mo)袖套(tao)(tao)上(shang)的(de)方向鍵，電(dian)腦上(shang)的(de)磚塊(kuai)(kuai)迅(xun)速改變方向，且沒有(you)(you)人體能(neng)感(gan)知的(de)遲鈍，靈敏度非常高。

除(chu)了(le)穿戴式游戲設(she)備，柔性導電(dian)(dian)薄膜還(huan)有(you)相當廣(guang)闊的應(ying)用(yong)前景。馬延文(wen)(wen)認(ren)為：“目前，我們在(zai)(zai)論文(wen)(wen)中(zhong)已經(jing)展示了(le)這種材料(liao)在(zai)(zai)長(chang)時間(jian)監(jian)測(ce)生物(wu)電(dian)(dian)信(xin)號(心(xin)電(dian)(dian)圖等)和人機(ji)接口(自電(dian)(dian)容式觸摸傳感器)中(zhong)的應(ying)用(yong)。在(zai)(zai)推廣(guang)應(ying)用(yong)方面，除(chu)了(le)我們團隊自己進(jin)行材料(liao)放(fang)大和應(ying)用(yong)探索外，也(ye)非常(chang)愿(yuan)意(yi)和相關(guan)企業合作，尤其可以在(zai)(zai)材料(liao)研制方面給予技術指(zhi)導。”