隨著第四次工業革命時代的到來, 可彎曲或伸縮的電子設備將不斷湧現. 作為第二代可穿戴電子裝置的基板, 電子皮膚附著於人體皮膚使用, 因而柔軟性, 附著性和佩戴舒適都是非常重要的. 為了體現這些優點, 可以自由變形的柔軟性電極(導電體)開發已經引起了業內的廣泛關注.
近期, 韓國科學技術研究院(KIST)複合材料技術研究所的Jae/Min Hong博士團隊將水凝膠-降解塑料(Ecoflex)複合材料與銀電極結合, 開發出高伸縮電極. 性能最大可提高18.8倍以上, 達到世界領先水平.
柔性電極在變形的條件下, 可以保持怎樣的電特性是至關重要的. 為了確保這一電特性, 靈活製備金屬物質, 前人已經進行了大量研究. 柔性元件的核心就是柔性電極, 其印刷的製備工藝在比容積方面具有一定優勢, 印刷工藝採用的噴墨可以確保柔性電極在拉伸情況下也可以維持性能, 該噴墨採用金屬微米級的粒子與高分子物質進行混合製備而成. 為了確保導電性, 主要採用銀和金等金屬物質製備複合體.
通常可以印刷的柔性電極是在聚二甲矽氧烷(PDMS)一類矽系的伸縮性降解塑料基板上製備的, 但這樣的材質與人體皮膚或其他組織接觸時, 由於變形率低, 穿戴感並不好. 研究團隊採用了變形率高, 與皮膚質感類似的水凝膠材質, 但由於採取傳統工藝很難在水凝膠上印刷銀一類金屬基板物質, 由此, 在水凝膠上塗上了降解塑料的薄層, 並與銀噴墨結合, 這一表面處理方法的降解塑料厚度為30μm, 僅僅相當於頭髮的一半, 由此開發出高伸縮電極.
此次開發的高伸縮電極可以按照使用者希望的圖案進行印刷, 有利於形成多面積迴路, 與現有電極不同, 由於在變形率極高的高伸縮基板上製備而成, 與人體接觸時, 作為電子皮膚使用, 穿戴感更為舒適, 柔性電極性能也達到了世界領先水平.
KISTJae/Min Hong博士表示, 未來此項技術有望應用於電子皮膚和醫療儀器等領域, 有助於穿戴式儀器和柔性機器人的創新. 另外, 此項研究得到了韓國產業通商資源部的支援, 作為產業核心技術開發項目, 同時也得到了韓國科學技術情報通信部的支援, 作為KIST機構共有項目進行, 研究成果已經刊登於國際知名期刊《先進材料》(Advanced Materials).