Starka bindningar mellan metallnanotrådar och polymernanofibrer gör att en kompositfilm kan uppnå god elektrisk konduktivitet och hög töjbarhet

RIKEN -ingenjörer har tillverkat ett andningsbart material som både är mycket töjbart och har god elektrisk konduktivitet, vilket gör det lovande för elektronik på huden för människor och kablar för robotar.

För att vara lämplig för användning som bärbar elektronik, ett material måste vara både töjbart och ledande. Det ska också vara andningsbart och hållbart. Att hitta ett material som uppfyller alla fyra kriterierna är inte lätt. En lovande strategi är att kombinera elastiska polymernanofibrer med ett nätverk av ledande nanotrådar av metall, men det är utmanande att få de två komponenterna att bindas tätt till varandra.

Nu, Kenjiro Fukuda och Zhi Jiang från RIKEN Thin-Film Device Laboratory och deras medarbetare har lyckats producera ett töjbart och ledande material genom att kombinera polyuretan-nanofibrer med silver-nanotrådar.

Viktigt, de två komponenterna binder starkt till varandra. "Det är mycket bra vidhäftning mellan silver -nanotrådarna och polyuretan -nanofibrerna, "konstaterar Fukuda." Det är därför vi samtidigt uppnådde en mycket bra töjbarhet och konduktivitet. "Teamet misstänker att vätebindningar, samma bindningar som håller ihop massafibrer i ett pappersark, är ansvariga för denna goda vidhäftning.

Filmen kan användas som elektriska ledningar som kan användas på huden. Dess flexibilitet gör att den kan töjas när en person böjer armbågen eller knäet, och den kan sträckas till tre gånger sin ursprungliga längd. På samma sätt, den kan också användas för kabeldragning på robotar. En annan potentiell användning är som en sensor. Eftersom dess konduktivitet förändras när den sträcks, den kan användas för att upptäcka rörelse. Teamet demonstrerade detta genom att använda sin film för att övervaka vinkeln på en böjd handled och upptäcka en persons puls.

Filmen har andra fördelar förutom god töjbarhet och konduktivitet. När forskarna testade sin film genom att sträcka och släppa den 1, 000 gånger, de observerade att dess konduktivitet sjönk bara måttligt, indikerar att den har god hållbarhet. Vidare, det är lätt att tillverka. "Denna film kan erhållas genom lösningsförfaranden, "säger Fukuda." Det är mycket viktigt för massproduktionen av den industriella produkten. "

Fukuda konstaterar att hans team liknar materialet genom att det kombinerar forskare med olika expertområden. Jiang tog med sig sin kunskap om stretchbara nanotrådar till projektet, medan Fukuda och andra teammedlemmar stödde tillverkningen av polymernanomesh -strukturerna.

Teamet avser att förbättra materialets töjbarhet genom att använda längre silver nanotrådar. De planerar också att experimentera med andra kombinationer av material och fortsätta använda dessa andningsbara ledare i realtidshälsoövervakningssystem och mjuk robotik.