近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院先進(jìn)材料研究中心汪正平與孫蓉領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)電子封裝材料科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種具有低成本、可印刷、高電導(dǎo)率等功能特性的柔性可拉伸導(dǎo)電材料，并成功應(yīng)用于柔性應(yīng)變傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

導(dǎo)電復(fù)合材料的機(jī)械柔性與可印刷性演示及其在柔性印刷電路與對(duì)人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

研究成果《基于高導(dǎo)電彈性復(fù)合材料的低成本、可印刷、可拉伸及靈敏度可調(diào)的應(yīng)變傳感器及其在人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用》在線發(fā)表在納米領(lǐng)域期刊NanoReseARch(DOI:10.1007/s12274-017-1811-0)上。

具有高可拉伸性、寬應(yīng)變范圍、高靈敏及良好可靠性的柔性應(yīng)變傳感器在電子皮膚、人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。通常來說，高可拉伸性與高靈敏度是相互矛盾的，因?yàn)楦呖衫煨孕枰侠淼脑O(shè)計(jì)使傳感器在大應(yīng)變時(shí)保持材料結(jié)構(gòu)與形貌的完整，而高靈敏度往往要求在小應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生大量突然的結(jié)構(gòu)變化。如何獲得高靈敏度與高可拉伸性，乃至高導(dǎo)電性之間的平衡仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

該團(tuán)隊(duì)成員胡友根、朱朋莉等在前期的雜化導(dǎo)電粒子可控制備與柔性導(dǎo)電復(fù)合材料的可印刷性研究等工作基礎(chǔ)上(JournalofMaterialsChemistryC，2016，4，5839-5848)，采用核殼結(jié)構(gòu)聚合物微球表面包覆金屬銀的雜化導(dǎo)電粒子與聚二甲基硅氧烷復(fù)合，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了柔性電路與柔性傳感器的大面積宏量簡易制備，有效降低了導(dǎo)電復(fù)合材料中貴金屬的實(shí)際填充量并保持較高的電導(dǎo)率，同時(shí)導(dǎo)電填料的球形結(jié)構(gòu)有利于改善導(dǎo)電漿料的流變行為，提高了印刷適應(yīng)性。在銀含量僅約為36.7wt%時(shí)制備的傳感器表現(xiàn)出高電導(dǎo)率(1.65×104S/m)、寬應(yīng)變范圍(>80%)、高靈敏度(6.0～78.6)、低電阻過沖(<15%)及優(yōu)異的長期濕熱穩(wěn)定性(1750h)。此外，通過對(duì)雜化導(dǎo)電粒子填充量的控制，可進(jìn)一步對(duì)傳感器的導(dǎo)電性能、機(jī)械性能及應(yīng)變傳感性能等進(jìn)行調(diào)控。基于上述良好的綜合性能，該導(dǎo)電彈性復(fù)合材料成功應(yīng)用在可拉伸電極、柔性精細(xì)印刷線路及人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)傳感器等方面，充分展示了其在柔性可穿戴電子領(lǐng)域的良好應(yīng)用價(jià)值。

該研究成果為低成本柔性可印刷導(dǎo)電材料及柔性應(yīng)變傳感器的開發(fā)提供了一種有效的技術(shù)和參考。

該項(xiàng)目得到國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、廣東省高密度電子封裝關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院深圳先進(jìn)院優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金等的支持。