美國哈佛大學一個研究小組29日宣布,他們在實驗室中造出了可拉伸且全透明的離子導體,能在一萬赫茲以上的頻率及一萬伏以上的電壓下工作。這種離子導體在醫學、柔性機器人和柔性光學器件等領域有著廣闊的應用前景。
伸縮性導體可應用在生物醫學等多個領域,成為業界研究熱點。但現有伸縮性導體大多是電子導體,盡管它們具有良好的導電性與拉伸性,但在高頻高壓或在高度變形的情況下工作,導電性能將受較大影響,此外透明度與生物相容性都不及離子導體。
研究小組負責人、哈佛大學應用科學與工程學院鎖志剛教授在接受記者采訪時說,他們用鹽水與高分子聚合物網絡相結合,做成水凝膠離子導體。在水凝膠里,水使離子導電,聚合物網絡提供固體形狀!拔覀兊乃z像果凍和涼粉,但是可拉伸性極強,可拉伸5倍以上”。他們用水凝膠做了一系列器件,包括一個全透明大變形傳感器以及一個透明的揚聲器,可放各種音量的音樂。
對于這個已發表在《科學》雜志上的成果,鎖志剛說,使用離子導體制作器件,通常會遇到兩個困難:一是高電壓會引起電化學反應,二是離子比電子大、重,移動速度慢得多,造成離子導體的導電系數要比許多電子導體低很多。他們用絕緣橡膠解決了這兩個難題。
鎖志剛解釋說,在他們的器件中,用絕緣橡膠夾在兩層離子導體之間,從而能控制電壓接口,杜絕了電化學反應出現。與此同時,橡膠層作為電容器,只要有很少量電荷就可導致很大的變形。由于它的電容很小,因此器件的頻率可以極高,這樣就可用離子導體做高頻器件,而不受導電系數問題限制。
對于離子導體的意義,鎖志剛說,離子導體的多樣性將為各種應用提供更多選擇。比如,現代醫學需要電子器件直接接觸皮膚、心臟及大腦,可拉伸、透明且具有生物相容性的離子導體就可能比電子導體更適合。
鎖志剛承認,水凝膠作為離子導體有其缺陷,包括水分容易蒸發從而變得干燥等。因此他們下一步計劃研制不易揮發的離子導體。此外,他們還計劃用離子導體造出柔性機器人的控制元件與生物醫學器件。
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