鄭州大學毛彥超教授課題組ACS Nano：基于Kirigami液態金屬紙電極的多功能電子皮膚
2022-03-25 來源：高分子科技
液態金屬作為電子皮膚的一種重要的電極材料，受到了廣泛關注。目前一種制作液態金屬電極的傳統方法是使用彈性體進行封裝，然而封裝型液態金屬電極在拉伸時容易產生泄漏，而且其液態金屬層不能與皮膚直接接觸，從而降低了其用于監測人體電生理信號的質量。另一種傳統的方法是將液態金屬分散在適當的溶劑中，然后將其印刷在某種基底的表面。然而，印刷型液態金屬電極難以進行轉移和回收，而且在拉伸時容易發生斷裂，從而降低電極的導電性。因此，亟需發展一種具有良好的拉伸性、自支撐、導體暴露的液態金屬電極。
鄭州大學毛彥超教授課題組利用Kirigami剪紙方法發展了一種Kirigami液態金屬紙電極，這種液態金屬電極兼顧了自支撐、導體暴露、可拉伸、超薄、可回收的優點，利用這些優點作者將其作為電子皮膚應用于人體生理電監測和智能人機交互當中。基于Kirigami液態金屬紙電極的電子皮膚有希望在健康監測、智能控制，以及智能機器人、可穿戴電子、皮膚集成電子等領域具有較好的應用。該研究以“A Self-Supporting, Conductor-Exposing, Stretchable, Ultrathin, and Recyclable Kirigami-Structured Liquid Metal Paper for Multifunctional E-Skin” 為題發表于國際權威期刊《ACS Nano》。
制備了復合液態金屬紙電極，可以通過擦除液態金屬的包裹層形成導電路徑，以構建簡單或復雜的導電電路。利用kirigami剪紙方法制備了三種不同類型的液態金屬紙電極，包括單軸、雙軸和方形螺旋結構。
分別對三種不同類型的剪紙結構進行了力學理論分析。并以單軸結構的電極為代表進行了應力-應變實驗，通過利用有限元法對單軸結構電極應變過程中的應力分布進行模擬，并與實驗結果進行比較。
電極在拉伸、扭轉和彎曲三種類型的形變下均保持著良好的電學穩定性。通過與其他17篇文獻進行比較，直觀地展示了kirigami液態金屬紙電極兼顧了自支撐、導體暴露、超薄、可拉伸和可回收的優點。
基于該電極的電子皮膚用于采集高質量的人體電生理信號。將雙軸結構的電極貼在受試者前額進行腦電信號采集，受試者在不同的狀態下的腦電信號表現出明顯的差異。
利用該電極的傳感性質，進一步開發了一個基于電子皮膚的智能撥號通信系統，實現了利用這種電子皮膚給手機撥打電話的功能。該結果表明這種基于kirigami液態金屬紙電極的電子皮膚在智能控制系統中的具有較好的應用前景。 鄭州大學物理學院（微電子學院）碩士生李星、副研究員朱鵬程為論文的共同第一作者，毛彥超教授為論文的通訊作者。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c11096?ref=pdf
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（責任編輯：xu）
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