導(dǎo)讀
據(jù)韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,該研究院與蔚山國立科技大學(xué)研制出高導(dǎo)電率、可完全變形的超薄電極材料。這項(xiàng)研究通過更細(xì)的三維互連線,將幫助我們徹底革新智能裝置的外觀,并加強(qiáng)它們的技術(shù)功能。
背景
在手腕上戴一塊智能手表,就能讓自己看起來很酷,這樣的日子似乎已經(jīng)離我們遠(yuǎn)去了。近來,可穿戴生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)顯示出對(duì)未來主義物品永不滿足的渴望。這些物品包括:監(jiān)測(cè)腦電波的止痛護(hù)目鏡、監(jiān)測(cè)生命體征的貼紙、解讀心智的眼鏡等。
可監(jiān)測(cè)心率、呼吸、肌肉運(yùn)動(dòng)和其他健康數(shù)據(jù)并發(fā)送至智能手機(jī)的皮膚貼片(圖片來源:大邱慶北科學(xué)技術(shù)院)
雖然所有這些可穿戴原型產(chǎn)品是否都會(huì)流行起來還不確定,但有一點(diǎn)很清楚:可穿戴技術(shù)領(lǐng)域還會(huì)出現(xiàn)更多的產(chǎn)品。然而,這一偉大的潛力卻受制于一項(xiàng)技術(shù)性約束:這些可穿戴產(chǎn)品從來沒有讓用戶真正地感覺到“可穿戴”。
盡管它們摸起來應(yīng)該像是穿戴者的第二層皮膚,但是從技術(shù)角度來說,我們?cè)O(shè)計(jì)出的產(chǎn)品卻無法在柔軟、具有弧度的皮膚上舒適地彎曲與拉伸,并同時(shí)保持良好的數(shù)據(jù)記錄能力。
可穿戴智能設(shè)備通過將電極連接到皮膚表面,采集個(gè)人生理指標(biāo)測(cè)量值。設(shè)備的內(nèi)部是三維形狀的電極連接線(也就是互連線),它們可以傳遞電信號(hào)。迄今為止,這些互連線只能在僵硬表面上形成,而且其成分都是易損、難以拉伸的金屬,例如金、銀、鋁。
創(chuàng)新
位于韓國大田的基礎(chǔ)科學(xué)研究院(IBS)納米醫(yī)學(xué)中心的 Jang-Ung Park 教授與位于韓國蔚山的蔚山國立科技大學(xué)(UNIST)的 Chang Young Lee 教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì),在《納米快報(bào)(Nano Letters)》期刊上發(fā)表的一篇論文中,報(bào)告了可完全變形的高導(dǎo)電率電極材料。
值得注意的是,這種新型復(fù)合材料超薄,直徑為5微米,是傳統(tǒng)連接線寬度的一半。這項(xiàng)研究通過這種更細(xì)的三維互連線,將幫助我們徹底革新智能裝置的外觀,并加強(qiáng)它們的技術(shù)功能。
圖1-1:這項(xiàng)研究的圖形概要。以鉑(Pt)修飾的碳納米管與液態(tài)金屬之間具有很高的親合性(左),并導(dǎo)致碳納米管在液態(tài)金屬中均勻分布,形成可拉伸的金屬復(fù)合材料(中)。這種可拉伸的金屬材料的機(jī)械性能優(yōu)于未經(jīng)處理的液態(tài)金屬,因此很適合被塑造為“始終如一的細(xì)(也就是說高分辨率)”的三維結(jié)構(gòu)(右)。(圖片來源:IBS)
圖1-2:液態(tài)金屬的圖片(左)、有碳納米管無鉑(Pt)的液態(tài)金屬(右)、在碳納米管表面上用鉑修飾的可拉伸金屬復(fù)合材料(右)。鉑(Pt)可以使得碳納米管在液態(tài)金屬基體中均勻分布。(圖片來源:IBS)
技術(shù)
研究團(tuán)隊(duì)采用液態(tài)金屬(LM)作為主要基底,因?yàn)橐簯B(tài)金屬高度可拉伸,并具有與固態(tài)金屬類似的相對(duì)較高的導(dǎo)電率。碳納米管(CNT)均勻地分布其中,以改善液態(tài)金屬的機(jī)械穩(wěn)定性。論文第一作者 Young-Geun Park 表示:“為了讓碳納米管均勻地分布在液態(tài)金屬中,我們選擇了對(duì)于碳納米管與液態(tài)金屬來說都有很強(qiáng)親合性的鉑(Pt)作為混合劑,它的確起到了作用?!?/p>
圖2:可拉伸金屬復(fù)合材料的三維印刷系統(tǒng)示意圖。該印刷系統(tǒng)由一個(gè)連接墨水槽的尖嘴、一個(gè)壓力控制器和可在x、y、z軸以及xy平面中其他兩個(gè)傾斜軸上自主運(yùn)動(dòng)的五軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)組成。墨水槽中充滿了可拉伸金屬復(fù)合材料。(圖片來源:IBS)
這項(xiàng)研究也展示了一項(xiàng)新的互連技術(shù),它可以在室溫下形成高度導(dǎo)電的三維結(jié)構(gòu)。為了具有高導(dǎo)電率,新系統(tǒng)不需要任何加熱或者壓縮過程。此外,這種新型電極的柔軟與可拉伸的天性,也使之更容易通過直徑很小的噴嘴。研究團(tuán)隊(duì)采用噴嘴直接印刷各種各樣的三維圖案結(jié)構(gòu),如圖3所示。
圖3-1:在電子芯片般的柔性材料(硅膠)三維結(jié)構(gòu)上印刷的可拉伸金屬復(fù)合材料的立體顯微照片。比例尺為100 微米。(圖片來源:IBS)
圖3-2:印刷而成的可拉伸金屬復(fù)合材料的各種三維結(jié)構(gòu)示意圖(左)和掃描電子顯微鏡圖像(右)。三維互連可以交疊。比例尺為100 微米。(圖片來源:IBS)
Park 解釋道:“對(duì)于使用各種柔性電子材料來說,在室溫下形成高度導(dǎo)電的三維互連線是一項(xiàng)必要的技術(shù)。在現(xiàn)有電子器件中使用的這種打線技術(shù),采用熱量、壓力或者超聲波來形成互連線,有可能損壞與皮膚相似的柔性裝置。在高性能電子器件制造工藝中,這些因素都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。”他注意到,尖嘴也使得預(yù)印的圖案重塑為各種三維結(jié)構(gòu),具有一個(gè)像“開關(guān)”一樣工作的電極,從而打開和關(guān)閉電源。
這種復(fù)合材料的高分辨率三維印刷,采用了直接印刷法,形成了無支撐的線狀互連。具體來說,這種新的可拉伸的三維電氣互連是由超薄線(5微米細(xì))組成。之前,關(guān)于可拉伸金屬的研究只能展示直徑為幾百微米的線。這種新系統(tǒng)比傳統(tǒng)打線方法制造出的互連線更細(xì)。
價(jià)值
論文通訊作者 Jang-Ung Park 教授表示:“我們不久將可以與那些基于皮膚的龐大笨重的接口說再見,因?yàn)檫@種可自由變形的超薄三維互連技術(shù)將成為行業(yè)的重大突破,制造出小巧纖細(xì)的裝置。這項(xiàng)新技術(shù)讓人體與電氣裝置之間的界限變得模糊,將促進(jìn)集成度更高、性能更好的半導(dǎo)體元器件的生產(chǎn),應(yīng)用于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)和智能手機(jī),以及柔性且可拉伸的電子器件?!?/p>
-
三維
+關(guān)注
關(guān)注
1文章
486瀏覽量
28911 -
可穿戴電子
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
67瀏覽量
13395 -
電極材料
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
81瀏覽量
6535
原文標(biāo)題:新型三維互連技術(shù):讓未來可穿戴電子產(chǎn)品變得更舒適實(shí)用!
文章出處:【微信號(hào):IntelligentThings,微信公眾號(hào):IntelligentThings】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論