随着第四次工业革命时代的到来, 可弯曲或伸缩的电子设备将不断涌现. 作为第二代可穿戴电子装置的基板, 电子皮肤附着于人体皮肤使用, 因而柔软性, 附着性和佩戴舒适都是非常重要的. 为了体现这些优点, 可以自由变形的柔软性电极(导电体)开发已经引起了业内的广泛关注.
近期, 韩国科学技术研究院(KIST)复合材料技术研究所的Jae/Min Hong博士团队将水凝胶-降解塑料(Ecoflex)复合材料与银电极结合, 开发出高伸缩电极. 性能最大可提高18.8倍以上, 达到世界领先水平.
柔性电极在变形的条件下, 可以保持怎样的电特性是至关重要的. 为了确保这一电特性, 灵活制备金属物质, 前人已经进行了大量研究. 柔性元件的核心就是柔性电极, 其印刷的制备工艺在比容积方面具有一定优势, 印刷工艺采用的喷墨可以确保柔性电极在拉伸情况下也可以维持性能, 该喷墨采用金属微米级的粒子与高分子物质进行混合制备而成. 为了确保导电性, 主要采用银和金等金属物质制备复合体.
通常可以印刷的柔性电极是在聚二甲硅氧烷(PDMS)一类硅系的伸缩性降解塑料基板上制备的, 但这样的材质与人体皮肤或其他组织接触时, 由于变形率低, 穿戴感并不好. 研究团队采用了变形率高, 与皮肤质感类似的水凝胶材质, 但由于采取传统工艺很难在水凝胶上印刷银一类金属基板物质, 由此, 在水凝胶上涂上了降解塑料的薄层, 并与银喷墨结合, 这一表面处理方法的降解塑料厚度为30μm, 仅仅相当于头发的一半, 由此开发出高伸缩电极.
此次开发的高伸缩电极可以按照使用者希望的图案进行印刷, 有利于形成多面积回路, 与现有电极不同, 由于在变形率极高的高伸缩基板上制备而成, 与人体接触时, 作为电子皮肤使用, 穿戴感更为舒适, 柔性电极性能也达到了世界领先水平.
KISTJae/Min Hong博士表示, 未来此项技术有望应用于电子皮肤和医疗仪器等领域, 有助于穿戴式仪器和柔性机器人的创新. 另外, 此项研究得到了韩国产业通商资源部的支持, 作为产业核心技术开发项目, 同时也得到了韩国科学技术情报通信部的支持, 作为KIST机构共有项目进行, 研究成果已经刊登于国际知名期刊《先进材料》(Advanced Materials).