Bärbar sensor genombrott? NCSU-ingenjörer skapar töjbart elektroniskt material som kan "andas"
Publiceringsdatum:RALEIGH – Ingenjörsforskare har skapat ultratunt, töjbart elektroniskt material som är gaspermeabelt, vilket gör att materialet kan "andas". Materialet designades specifikt för användning i biomedicinska eller bärbara teknologier, eftersom gaspermeabiliteten tillåter svett och flyktiga organiska föreningar att avdunsta bort från huden, vilket gör det bekvämare för användarna - särskilt för långvarigt slitage.
"Gaspermeabiliteten är det stora framstegen jämfört med tidigare töjbar elektronik", säger Yong Zhu, motsvarande författare till en artikel om arbetet och professor i mekanisk och rymdteknik vid North Carolina State University. "Men metoden vi använde för att skapa materialet är också viktig eftersom det är en enkel process som skulle vara lätt att skala upp."
Specifikt använde forskarna en teknik som kallas andningsfigurmetoden för att skapa en töjbar polymerfilm med en jämn fördelning av hål. Filmen beläggs genom att doppa den i en lösning som innehåller silver nanotrådar. Forskarna värmepressar sedan materialet för att täta nanotrådarna på plats.
"Den resulterande filmen visar en utmärkt kombination av elektrisk ledningsförmåga, optisk transmittans och vattenångpermeabilitet", säger Zhu. "Och eftersom silvernanotrådarna är inbäddade precis under polymerens yta, uppvisar materialet också utmärkt stabilitet i närvaro av svett och efter långvarigt slitage."
"Slutresultatet är extremt tunt - bara några mikrometer tjockt", säger Shanshan Yao, medförfattare till tidningen och en före detta postdoktor vid NC State som nu är fakultet vid Stony Brook University. "Detta möjliggör bättre kontakt med huden, vilket ger elektroniken ett bättre signal-brusförhållande.
"Och gaspermeabiliteten för bärbar elektronik är viktig för mer än bara komfort", säger Yao. "Om en bärbar enhet inte är gasgenomsläpplig kan den också orsaka hudirritation."
För att visa materialets potential för användning i bärbar elektronik utvecklade og testade forskarna prototyper för två representativa applikationer.
Den första prototypen bestod av hudmonterbara, torra elektroder för användning som elektrofysiologiska sensorer. Dessa har flera potentiella tillämpningar, såsom mätning av elektrokardiografi (EKG) och elektromyografi (EMG) signaler.
"Dessa sensorer kunde spela in signaler med utmärkt kvalitet, i paritet med kommersiellt tillgängliga elektroder," säger Zhu.
Den andra prototypen demonstrerade textilintegrerad beröringsavkänning för gränssnitt mellan människa och maskin. Författarna använde en bärbar textilhylsa integrerad med de porösa elektroderna för att spela datorspel som Tetris. Relaterad video kan ses på https://youtu.be/7AO_cq8A_BE
"Om vi vill utveckla bärbara sensorer eller användargränssnitt som kan bäras under en betydande tidsperiod behöver vi gasgenomsläppliga elektroniska material", säger Zhu. "Så det här är ett viktigt steg framåt."
han papper, "Gasgenomsläpplig, ultratunn, töjbar epidermal elektronik med porösa elektroder," publiceras i tidskriften ACS Nano. Första författare till uppsatsen är Weixin Zhou, en Ph.D. student vid Nanjing University of Posts and Telecommunications (NUPT) som arbetade med projektet medan han var gästforskare vid NC State. Uppsatsen var medförfattare av Hongyu Wang, en Ph.D. student vid NC State, och av Qingchuan Du från NUPT. Medförfattare till artikeln är Yanwen Ma, professor vid NUPT.
Arbetet utfördes med stöd från National Science Foundation, under anslagsnummer CMMI-1728370.
(C) NCSU
Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire