De senaste tekniska framstegen har möjliggjort utvecklingen av allt mer sofistikerad elektronik. Några av dessa nya verktyg, särskilt bärbara enheter och mjuka robotar, kräver eller kan ha stor nytta av flexibla elektroniska komponenter, inklusive sensorer, ställdon och superkondensatorer.

Forskare vid Zhengzhou University och Peking University i Kina har nyligen utvecklat en ny töjbar och komprimerbar hydrogel-töjningssensor som kan användas för att tillverka en mängd flexibla eller mjuka teknologier med avkänningskapacitet, inklusive hälsospårare och robotskinn. Denna sensor, presenteras i en tidning publicerad i Makromolekylära material och teknik , är både lätt att tillverka och prisvärd, vilket gör den idealisk för storskaliga implementeringar.

Forskarna skapade det genom att enhetligt sprida kol-nanofiberpulver (CFP) inuti en polyvinylalkohol (PVA) -baserad hydrogel. PVA har hittills visat sig vara mycket lovande för utvecklingen av flexibel elektronik på grund av dess fördelaktiga mekaniska egenskaper och det faktum att det är biologiskt nedbrytbart.

Genom att sprida CFP inuti den PVA-baserade hydrogelen, forskarna kunde förbättra materialets mekaniska styrka och öka dess elektriska ledningsförmåga. De använde det som kallas en "frysnings- och upptiningscykel" -metod, vilket innebär att ett ämne frysas och tinas upprepade gånger.

PVA/CFP-hydrogelen framställd från denna process visade sig uppvisa ett brett sträcknings- (366 %) och komprimeringsområde (70 %). Detta gör den idealisk för utveckling av mycket flexibel elektronik, som kan sträckas eller komprimeras med bibehållen optimal avkänningsförmåga.

"Under 1000 laddnings-lossningscykler, PVA/CFP-hydrogelen har en låg plastisk deformation ( <10%, för både stretching och komprimering), liten energiförlusteffektivitet (5,62 % under sträckning och 12,13 % under komprimering), och en stabil mekanisk styrka och utmärkt känslighet, om det är sträckt till 100 % eller komprimerat till 50 % spänningar, " skrev forskarna i sin uppsats.

Förutom att vara ganska okomplicerad och effektiv, denna metod för att tillverka töjbara och komprimerbara sensorer är låg kostnad, och skulle därmed lätt kunna skalas upp. Dessutom, det möjliggör utveckling av högpresterande sensorer som kan upptäcka ett brett spektrum av mänskliga beteenden eller aktiviteter.

Till exempel, sensorer skapade med den nya tillverkningsstrategin kan exakt detektera när en användare böjer eller sträcker sina leder, andas, och svälja. De kan också känna de förändringar i tryck som sker när människor går eller rör sig.

Forskarna testade sina sensorer i flera scenarier, placera dem på en användares handled för att upptäcka spänningar i knytnävemusklerna, på halsen för att övervaka sväljning, på magen för att upptäcka andning, eller under skosulan för att övervaka användarens gångbeteende. De använde också samma sensorer för att upptäcka en människas beröring och när han/hon tryckte på sensorn.

Kolnanofiber-polymer hydrogel stamsensorn har redan uppnått mycket lovande resultat, framhäver dess potential för en mängd olika tillämpningar. I framtiden, det kan användas för att utveckla nya bärbara enheter, som smartklockor och hälsospårare, men det kan också möjliggöra tillverkning av töjbara elektroniska skal med avancerade avkänningsmöjligheter.

© 2020 Science X Network