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柔性電子器件實現(xiàn)“樂高式”組裝

文章來源：中國化工報更新時間：2023-02-22 11:18:36

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院研究員劉志遠、新加坡南洋理工大學(xué)教授陳曉東等摒棄用“商業(yè)膠水”組裝柔性電子器件的思路，開發(fā)出一種基于雙連續(xù)納米分散網(wǎng)絡(luò)的BIND界面，作為柔性電子器件中柔性模塊、剛性模塊以及封裝模塊的通用接口，只需要按壓10秒鐘，就可以實現(xiàn)“樂高式”的高效穩(wěn)定組裝。該成果2月15日發(fā)表于國際頂級期刊《Nature》。

據(jù)介紹，柔性電子器件是人機接口技術(shù)的關(guān)鍵核心和先導(dǎo)基礎(chǔ)。近年來，柔性電子器件在人體健康監(jiān)測、分析等生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。但在柔性電子器件的組裝中，用于連接不同模塊的商用導(dǎo)電膠容易變形、斷裂，使得接口不穩(wěn)定性成為該領(lǐng)域內(nèi)長期存在的難題，阻礙了整個器件的拉伸性和信號質(zhì)量。

劉志遠等研究人員偶然發(fā)現(xiàn)，在特定的制備條件下，基于SEBS嵌段聚合物和黃金納米顆粒的柔性界面(BIND界面)，面對面貼合時有“魔術(shù)貼”式的電氣與機械雙重黏合特性。這種柔性界面能夠作為柔性模塊之間的接口，就像天然的“魔術(shù)貼”一樣，能夠?qū)⒉煌δ艿娜嵝詡鞲衅鞣€(wěn)定地黏合在一起，從而實現(xiàn)柔性模塊與柔性模塊之間的高效連接。

除了柔性傳感模塊之外，柔性電子器件還需要一起組裝剛性模塊、封裝模塊等。但想要將這些不同的模塊完整地組裝在一起并發(fā)揮柔性電子器件的功能并非易事，特別是柔性模塊與剛性模塊之間的連接，它們的接口機械性能匹配度最低，受到的應(yīng)力集中和破壞程度也最高。

于是，他們采用OTS修飾等方法將BIND界面制備在硬質(zhì)模塊上，讓硬質(zhì)模塊能夠高效連接另一個有BIND界面的柔性模塊。

“這種方法的普適性很強，就像‘拼樂高’一樣，任何帶有BIND接口的模塊，只要面對面按壓在一起，就可以把柔性電子器件更靈活、更高效地組裝在一起。”研究人員介紹說。

為了驗證這一新型接口在智能柔性醫(yī)療器件中的實際應(yīng)用，聯(lián)合團隊制備了使用該接口組裝的植入式神經(jīng)調(diào)控傳感系統(tǒng)，使用體表多通道電生理信號傳感系統(tǒng)采集電生理信號。實驗表明，采用新型接口的柔性醫(yī)療器件能高精度、高保真、抗干擾地監(jiān)測體內(nèi)外不同器官，比商用導(dǎo)電膠組裝的系統(tǒng)信號質(zhì)量大幅度提升。

據(jù)介紹，采用BIND界面的柔性模塊接口，導(dǎo)電拉伸率可達180%，機械拉伸率可達600%，遠高于采用商用導(dǎo)電膠連接的普通接口;對于硬質(zhì)模塊接口，導(dǎo)電拉伸率達到200%，能適用于聚酰亞胺、玻璃、金屬等多種硬質(zhì)材料。

研究團隊接下來將從生物醫(yī)學(xué)、分子動力學(xué)、有機合成等領(lǐng)域出發(fā)，繼續(xù)研發(fā)下一代新型醫(yī)療器件的智能傳感材料，打造智能化、柔性化、交互式的人機接口傳感器件，應(yīng)用于神經(jīng)康復(fù)機器人及系統(tǒng)。

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