IBS-forskare utvecklade töjbara metallkompositer och 3-D-printade dem på mjuka underlag vid rumstemperatur. Genom att möjliggöra allt smalare 3D-sammankopplingar, denna studie kan hjälpa till att revolutionera det fysiska utseendet hos smarta prylar, förutom att förstärka deras tekniska funktioner.

Det verkar som om dagarna är förbi när du bara slänger en smart klocka på handleden får dig att se cool ut. Den bärbara bioteknikindustrin har nyligen avslöjat sin omättliga hunger efter futuristiska föremål. Smärtlindrande glasögon som övervakar hjärnvågor, klistermärken för övervakning av vitala tecken, och till och med tankeläsglasögon. De är bara några av de senaste sakerna som diskuterades på 2019 Wearable Tech, Digital hälsa, och Neurotech Silicon Valley-konferenser. Inte för att vara säker på om alla dessa bärbara prototyper kan haka på, men en sak är klar:det finns fler att komma inom området bärbar teknologi. Denna stora potential har varit, dock, hålls tillbaka av en teknisk begränsning:dessa wearables har aldrig riktigt känts "bärbara" för sina användare.

Även om de skulle kännas som en andra hud på bäraren, det har varit tekniskt omöjligt att ta fram "bärbara" enheter som är bekväma att böja och sträcka och som även har goda datainspelningsmöjligheter på mjuk och böjd hud. Bärbara smarta enheter samlar in en persons biomätningar genom att ansluta elektroder till hudens yta. Inuti enheten finns 3D-formade elektrodledningar (d.v.s. sammankopplingar) som överför elektriska signaler. Hittills, inte bara kan ledningarna bara formas på en hård yta, men också komponenterna i sådana sammanbinder ömtåliga och knappt töjbara metaller som guld, koppar, och aluminium. I en tidning som publicerades i dag i tidskriften Nanobokstäver , det gemensamma forskarteamet som leds av prof. Jang-Ung Park vid Center for Nanomedicine inom Institute for Basic Science (IBS) i Daejeon, Sydkorea, och professor Chang Young Lee vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Ulsan, Sydkorea rapporterade helt transformerbara elektrodmaterial som också har en hög elektrisk ledningsförmåga. I synnerhet, den här nya kompositen är supertunn, 5 mikrometer i diameter, vilket är hälften av bredden av konventionell trådbindning. Genom att möjliggöra allt smalare 3D-sammankopplingar, denna studie kan hjälpa till att revolutionera det fysiska utseendet hos smarta prylar, förutom att förstärka deras tekniska funktioner.

Forskargruppen använde flytande metaller (LM) som huvudsubstrat eftersom LM är mycket töjbara och har relativt höga ledningsförmåga liknande fasta metaller. För att förbättra metallvätskans mekaniska stabilitet, kolnanorör (CNT) dispergerades enhetligt. "Att ha en enhetlig och homogen spridning av CNTs i flytande metall, vi valde platina (Pt), för att ha en stark affinitet till både CNT och LM, som mixern och det fungerade, sa Young-Geun Park, studiens första författare.

Denna studie visade också en ny sammankopplingsteknik som kan bilda en mycket ledande 3D-struktur vid rumstemperatur:För att ha en hög konduktivitet, det nya systemet kräver ingen uppvärmnings- eller komprimeringsprocess. Den nya elektrodens mjuka och töjbara karaktär gör det lätt att komma igenom munstycket med en fin diameter. Forskargruppen använde ett munstycke för direkt utskrift av olika 3D-mönsterstrukturer som visas i figur 3. Park förklarar, "Att bilda högkonduktiva 3D-förbindelser vid rumstemperatur är en viktig teknik som möjliggör användningen av olika flexibla elektroniska material. Trådbindningstekniken som används i befintliga elektroniska enheter bildar sammankopplingar med hjälp av värme, tryck, eller ultraljudsvågor som kan skada mjuka, hudliknande enheter. De har varit en stor utmaning i tillverkningsprocessen av högpresterande elektroniska enheter." Han noterade att det spetsiga munstycket också tillåter omformning av det förtryckta mönstret till olika 3D-strukturer, alltså att låta en elektrod fungera som en "switch" för att slå på och av strömmen.

Genom att använda metoden för direktutskrift, den högupplösta 3D-utskriften av denna komposit bildar fristående, trådliknande sammankopplingar. Denna nya töjbara 3D elektriska sammankopplingar består specifikt av supertunna ledningar, så fin som 5 mikrometer. Tidigare studier på töjbara metaller har bara kunnat presentera trådar på flera hundra mikrometer i diameter. Det nya systemet är ännu tunnare än sammankopplingen av konventionell trådbindning. Professor Jang-Ung Park, motsvarande författare till studien noterade, "Vi kanske snart kan säga adjö till de skrymmande hudbaserade gränssnitten som denna fritt transformerbara, supertunn 3D-sammankopplingsteknik kommer att komma som ett stort genombrott för branschens ansträngningar att producera kompakta och smala prylar." Sudda ut gränsen mellan den mänskliga kroppen och elektriska enheter denna nya teknik kommer att underlätta produktionen av mer integrerade och högpresterande halvledarkomponenter för användning i befintliga datorer och smartphones, såväl som för flexibla och töjbara elektroniska enheter."