Forskare i Kina har tillverkat ett nytt ledande hybridmaterial - en del elastisk polymer, del flytande metall - som kan böjas och sträckas efter behag. Kretsar gjorda med detta material kan ta de flesta tvådimensionella former och är också giftfria. Verket visas 14 juni i den nya tvärvetenskapliga tidskriften iScience .
"Detta är den första flexibla elektroniken som på en gång är mycket ledande och töjbar, helt biokompatibel, och kan tillverkas bekvämt över storleksskalor med mikrofunktionsprecision, " säger seniorförfattaren Xingyu Jiang, professor vid National Centre for Nanoscience and Technology. "Vi tror att de kommer att ha breda tillämpningar för både bärbar elektronik och implanterbara enheter."
Materialet som forskarna skapade kallas en metallpolymerledare (MPC), så kallad eftersom det är en kombination av två komponenter med mycket olika men ändå lika önskvärda egenskaper. Metallerna i detta fall är inte bekanta ledande fasta ämnen, som koppar, silver, eller guld, utan snarare gallium och indium, som finns som tjocka, sirapsliknande vätskor som fortfarande tillåter elektricitet att flöda. Forskarna fann att inbäddning av globar av denna flytande metallblandning i ett stödjande nätverk av silikonbaserad polymer gav mekaniskt fjädrande material med tillräcklig konduktivitet för att stödja fungerande kretsar.
Nära, strukturen hos MPC kan liknas vid runda flytande metallöar som flyter i ett hav av polymer, med en flytande metallmantel under för att säkerställa full ledningsförmåga. Forskarna har framgångsrikt provat olika MPC-formuleringar i en mängd olika tillämpningar, inklusive i sensorer för bärbara tangentbordshandskar och som elektroder för att stimulera passage av DNA genom membranen i levande celler.
"Applikationerna för MPC beror på polymererna, "säger författaren Lixue Tang, en doktorand i Jiangs forskargrupp. "Vi gjuter superelastiska polymerer för att göra MPC för stretchbara kretsar. Vi använder biokompatibla och biologiskt nedbrytbara polymerer när vi vill ha MPC för implanterbara enheter. I framtiden, vi skulle till och med kunna bygga mjuka robotar genom att kombinera elektroaktiva polymerer."
I princip, författarna uppger att deras metod för tillverkning av MPC, som involverar screentryck och mikrofluidmönster, kan rymma vilken tvådimensionell geometri som helst, samt olika tjocklekar och elektriska egenskaper, beroende på koncentrationerna av det flytande metallbläck som ska sprutas. Denna mångsidighet kan leda direkt till önskvärda biomedicinska tillämpningar, såsom flexibla patchar för att identifiera och mildra hjärtsjukdomar.
"Vi ville utveckla biokompatibla material som kan användas för att bygga bärbara eller implanterbara enheter för att diagnostisera och behandla sjukdomar utan att kompromissa med livskvaliteten, och vi tror att detta är ett första steg mot att förändra hur hjärt- och kärlsjukdomar och andra åkommor hanteras, säger Jiang.
