Doorbraak in draagbare sensoren? NCSU-ingenieurs creëren rekbaar elektronisch materiaal dat kan 'ademen'
Datum gepubliceerd:RALEIGH – Technische onderzoekers hebben ultradun, rekbaar elektronisch materiaal gemaakt dat gasdoorlatend is, waardoor het materiaal kan ‘ademen’. Het materiaal is speciaal ontworpen voor gebruik in biomedische of draagbare technologieën, omdat de gasdoorlaatbaarheid ervoor zorgt dat zweet en vluchtige organische stoffen van de huid kunnen verdampen, waardoor het comfortabeler wordt voor gebruikers – vooral bij langdurig dragen.
“De gasdoorlaatbaarheid is een grote vooruitgang ten opzichte van eerdere rekbare elektronica”, zegt Yong Zhu, co-corresponderend auteur van een artikel over het werk en hoogleraar mechanische en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University. "Maar de methode die we hebben gebruikt om het materiaal te maken is ook belangrijk omdat het een eenvoudig proces is dat gemakkelijk kan worden opgeschaald."
Concreet gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd de ademfiguurmethode om een rekbare polymeerfilm te creëren met een gelijkmatige verdeling van gaten. De film wordt gecoat door hem in een oplossing te dompelen die zilveren nanodraden bevat. De onderzoekers persen vervolgens het materiaal met hitte om de nanodraden op hun plaats te verzegelen.
“De resulterende film toont een uitstekende combinatie van elektrische geleidbaarheid, optische doorlaatbaarheid en waterdampdoorlaatbaarheid”, zegt Zhu. “En omdat de zilveren nanodraden net onder het oppervlak van het polymeer zijn ingebed, vertoont het materiaal ook een uitstekende stabiliteit bij zweet en na langdurig dragen.”
“Het eindresultaat is extreem dun – slechts een paar micrometer dik”, zegt Shanshan Yao, co-auteur van het artikel en voormalig postdoctoraal onderzoeker bij NC State, die nu doceert aan de Stony Brook University. “Dit zorgt voor een beter contact met de huid, waardoor de elektronica een betere signaal-ruisverhouding krijgt.
“En de gasdoorlaatbaarheid van draagbare elektronica is niet alleen belangrijk voor comfort”, zegt Yao. “Als een draagbaar apparaat niet gasdoorlatend is, kan het ook huidirritatie veroorzaken.”
Om het potentieel van het materiaal voor gebruik in draagbare elektronica aan te tonen, ontwikkelden en testten de onderzoekers prototypes voor twee representatieve toepassingen.
Het eerste prototype bestond uit op de huid monteerbare, droge elektroden voor gebruik als elektrofysiologische sensoren. Deze hebben meerdere potentiële toepassingen, zoals het meten van signalen van elektrocardiografie (ECG) en elektromyografie (EMG).
“Deze sensoren konden signalen met een uitstekende kwaliteit registreren, vergelijkbaar met in de handel verkrijgbare elektroden”, zegt Zhu.
Het tweede prototype demonstreerde in textiel geïntegreerde aanraakdetectie voor mens-machine-interfaces. De auteurs gebruikten een draagbare textielhoes geïntegreerd met de poreuze elektroden om computerspellen zoals Tetris te spelen. Gerelateerde video is te zien op https://youtu.be/7AO_cq8A_BE
“Als we draagbare sensoren of gebruikersinterfaces willen ontwikkelen die gedurende een langere periode gedragen kunnen worden, hebben we gasdoorlatende elektronische materialen nodig”, zegt Zhu. “Dit is dus een belangrijke stap voorwaarts.”
hij papier, “Gasdoorlatende, ultradunne, rekbare epidermale elektronica met poreuze elektroden,” is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano. De eerste auteur van het artikel is Weixin Zhou, een Ph.D. student aan de Nanjing Universiteit voor Post en Telecommunicatie (NUPT) die aan het project werkte terwijl hij gastonderzoeker was bij NC State. Het artikel was co-auteur van Hongyu Wang, een Ph.D. student aan NC State, en door Qingchuan Du van NUPT. Co-corresponderende auteur van het artikel is Yanwen Ma, een professor aan NUPT.
Het werk werd uitgevoerd met steun van de National Science Foundation, onder subsidienummer CMMI-1728370.
(C) NCSU
Originele artikelbron: WRAL TechWire