按压10秒!柔性电子器件实现“乐高式”高效组装

2023-02-22 14:33:00 来源:科技日报

2月21日电 柔性电子器件在人体健康检测、可穿戴设备等生物医学工程领域应用前景广泛。然而,在其组装中,连接不同模块的商用导电胶容易变形、断裂,接口不稳定性阻碍了相关领域的深入发展。21日,中国科学院深圳先进技术研究院发布最新科研成果:研究人员开发出一种基于双连续纳米分散网络的BIND界面,只需要按压10秒钟,即可实现柔性电子器件“乐高式”高效稳定组装。相关成果已发表于《自然》期刊。

“柔性电子器件一般由三类不同模块组装而成。”论文共同通讯作者之一、深圳先进技术研究院研究员刘志远介绍,“由于不同模块的形状参数、材料性质、加工条件不同,往往要先分开制备,再通过商用导电胶组装在一起,构成不同功能的柔性电子器件。”

商用导电胶的瓶颈却破坏了柔性电子器件的整体稳定性。“无论单个模块的拉伸性多强,一旦接口处的拉伸性跟不上,那么整个器件的性能就会受到制约。”论文第一作者、南洋理工大学博士姜颖回忆说,他们曾经把柔性电子器件放在大鼠体内,想长期监测其动态生理信号,但在大鼠跑动的过程中接口断掉了,“这样的器件在实际中难以应用。”

研究团队发现,在特定的制备条件下,基于SEBS嵌段聚合物和黄金纳米颗粒的柔性界面(BIND界面),能够作为柔性模块间的接口。就像天然的“魔术贴”一样,将不同功能的柔性传感器稳定地黏合在一起,实现模块间的高效连接。

除了柔性传感模块之外,柔性电子器件还需要一起组装刚性模块、封装模块等。研究人员采用OTS修饰等方法将BIND界面制备在硬质模块上,让硬质模块能够高效连接另一个有BIND界面的柔性模块。

“这种方法的普适性很强,就像‘拼乐高’一样,任何带有BIND接口的模块,只要面对面按压在一起,就能把柔性电子器件更灵活、高效地组装在一起。”姜颖说。

数据表明,采用BIND界面的柔性模块接口,其导电拉伸率可达180%、机械拉伸率可达600%,远高于采用商用导电胶连接的普通接口;对于硬质模块接口,其导电拉伸率达到200%,并能适用于聚酰亚胺、玻璃、金属等多种硬质材料;对于封装模块接口,BIND界面能提供的黏附力是传统柔性封装的60倍。

“这项研究不仅简化了柔性医疗器件的使用,也加速了多模态、多功能的柔性医疗器件的研发。”刘志远说,通过该接口组装的智能柔性传感器件可用于多个医疗领域,如植入式人机接口、体表健康监测等,(记者叶青 通讯员刁雯蕙王之康)

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