Ingenjörsforskare har skapat ultratunna, töjbart elektroniskt material som är gaspermeabelt, låta materialet "andas". Materialet designades specifikt för användning i biomedicinsk eller bärbar teknologi, 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, forskarna använde 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, " Zhu säger. "Och eftersom silver nanotrådarna är inbäddade precis under ytan av polymeren, materialet uppvisar också utmärkt stabilitet i närvaro av svett och efter långvarigt slitage."

"Slutresultatet är extremt tunt - bara några mikrometer tjockt, " säger Shanshan Yao, medförfattare till uppsatsen och en före detta postdoktor vid NC State som nu är på fakulteten vid Stony Brook University. "Detta möjliggör bättre kontakt med huden, ger elektroniken ett bättre signal-brusförhållande.

"Och gaspermeabiliteten hos bärbar elektronik är viktig för mer än bara komfort, " säger Yao. "Om en bärbar enhet inte är gasgenomsläpplig, det kan också orsaka hudirritation."

För att demonstrera materialets potential för användning i bärbar elektronik, forskarna utvecklade och testade prototyper för två representativa tillämpningar.

Den första prototypen bestod av skinnmonterbar, 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 nivå 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.

"Om vi ​​vill utveckla bärbara sensorer eller användargränssnitt som kan bäras under en betydande tidsperiod, vi behöver gasgenomsläppligt elektroniskt material, " säger Zhu. "Så det här är ett viktigt steg framåt."

Pappret, "Gasgenomsläpplig, Ultratunna, Sträckbar epidermal elektronik med porösa elektroder, " publiceras i tidskriften ACS Nano .