研究目的
开发一种通用方法制备高导电性导电复合材料(ECCs),该方法不依赖聚合物基体,能在稳态和拉伸状态下实现高导电性,适用于可拉伸电子器件中的电极和互连等应用。
研究成果
银片的无基质KI处理为制备高导电性ECC提供了一种通用方法,其电导率接近块状金属且拉伸过程中保持稳定。该方法允许灵活选择基质材料,既能在互连结构中实现强粘附,又可在表皮电极上形成共形接触。该ECC在生理电监测和人机界面中展现出卓越性能,有望应用于假肢、软性外骨骼及康复医疗领域。未来工作可着重提升循环耐久性,并将该方法拓展至可拉伸电子器件的其他组件。
研究不足
ECC材料的可拉伸性受限于聚合物基体(如PDMS约140%)的延伸极限。通过改性聚合物基体来防止裂纹产生与扩展,可进一步提升循环耐久性。该方法在高碘化钾浓度下可能面临分散难题,而为实现最佳转化效果延长光照时间可能会影响效率。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用通用方法,用碘化钾处理商用银片以碘化表面活性剂,再通过光照将碘化银转化为银纳米颗粒。该处理与基体无关,旨在通过去除绝缘表面活性剂并促进银片间烧结来提高导电性。将处理后的银片与不同聚合物基体(如PDMS、Ecoflex)混合,并在优化条件下固化制备弹性导电复合材料(ECCs)。
2:样品选择与数据来源:
使用商用银片(SF-01C)作为导电填料。聚合物基体包括硅橡胶(Ecoflex 00-30、Sylgard 184、Silbione LSR 4305)、异丁烯-异戊二烯橡胶(IIR)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)和丁二烯橡胶(BR)。在伦理准则指导下,由人体受试者进行电生理信号测量。
3:Sylgard Silbione LSR 4305)、异丁烯-异戊二烯橡胶(IIR)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)和丁二烯橡胶(BR)。在伦理准则指导下,由人体受试者进行电生理信号测量。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线光电子能谱仪(Axis Ultra DLD)、热重分析仪(岛津DTG-60H)、拉曼共聚焦显微镜(LabRAM ARAMIS)、场发射扫描电镜(JEOL JSM-6701Fq)、透射电镜(JEM 2100 plus)、四探针测试仪(上海前锋SB100A/2)、太阳模拟器(Newport-Oriel Sol3A Class AAA, 94043A)、LCR表(E4980A, 是德科技)、数据采集卡(PXI-6289, 国家仪器)和电子万能试验机(CMT-4304-QY)。材料包括银片(SF-01C)、碘化钾、各种聚合物基体及乙醇、聚乙烯醇等化学品。
4:2)、太阳模拟器(Newport-Oriel Sol3A Class AAA, 94043A)、LCR表(E4980A, 是德科技)、数据采集卡(PXI-6289, 国家仪器)和电子万能试验机(CMT-4304-QY)。材料包括银片(SF-01C)、碘化钾、各种聚合物基体及乙醇、聚乙烯醇等化学品。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:将银片与碘化钾溶液搅拌处理,经清洗、干燥和阳光照射。将处理后的银片与聚合物基体混合,注入模具并在优化温度下固化。对ECCs进行形貌、电学性能表征,并测试其在可拉伸互连和皮肤电极中的性能。使用制备的电极测量心电(ECG)和表面肌电(sEMG)等电生理信号,用于人机界面应用分析。
5:数据分析方法:
采用四探针法和四线法测量电阻率。形貌分析使用SEM、TEM、XPS、拉曼光谱和TGA。心电和表面肌电信号分析使用LabVIEW和Matlab进行数据采集与处理,包括信噪比计算及基于信号幅值阈值的手势分类。
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