Adv. Mater.：用于人造肌肉和传感器的分层薄膜导体

【引言】

对于可穿戴技术中特别是第二皮肤、电子眼相机、可伸缩显示器以及柔性传感器和执行器等应用的开发需要高弹性和透明的电子产品。光学透明和并且导电的薄膜材料就典型地应用在此类产品上。铟锡氧化物和氟掺杂氧化锡以它们出色的导电性能和光学透明成为了占主导地位的商用透明导体材料。但是，在大量的拉伸和弯曲变形下，基于铟锡氧化物和氟掺杂氧化锡的导电薄膜的导电性能会下降。

【成果简介】

近日，东华大学张青红研究员、王宏志教授团队发明了一种简单的并且可以大规模使用的合成弹性透明导电薄膜的方法。该论文深入阐述了短期以及长期起皱机理对分层起皱弹性透光材料（HWETC）导电性和透过率性能的影响。由于氧化石墨烯层周期性起皱，该材料在应变0-400%的情况下，该材料电阻率为100-457Ω-1，透光率变化范围在67%-85%之间。该材料具有着应用于多种场合的潜质，为软功能设备的应用开辟了一条新的道路。

【图文导读】

图1 分层皱纹弹性透明导体生产过程：

（a、b）制备分层皱纹弹性透明导体步骤以及示意图。

（c）氧化石墨烯的短程和长程分层起皱扫描电子显微镜图。

图2 该材料的电学性能和光学性能与应变性能的相关性：

（a） HWETC的电阻率与应变透光率的相关性。

（b） 重复拉伸循环下，HWETC薄层电阻变化。

（c） 在增加和减少应变的条件下，连接在HWETC电极两端的LED灯图片。

（d） 本次研究弹性透光导体与之前的弹性透光导体性能对比。

图3 分层褶皱机理对HWETC薄层电阻和透射率的影响：

上图为在不同应变下的HWETC中的短程和长程起皱示意图以及扫描电子显微镜图。

图4 HWETC的电热驱动：

（a） HWETC的收缩驱动。HWETC连接在电源两端

（b） 在循环电力下，拉伸驱动和材料表面温度与时间的依赖性。

（c） 10mm×40mm HWETC在50g载荷下的电热驱动。

（d） 在焦耳热下，载荷应力与静态拉伸与压缩驱动下的依赖性。

图5 HWETC在压力传感器方面的应用：

（a） 自制系统，包括电化学工作站、电子测试机。

（b） 在压力循环0-30Kpa条件下，电阻率（蓝色）的相对变化。

（c） 基于HWETC的传感器手套记录下的电阻为时间的函数，在手腕变形的情况下，戴在两只手不同位置的手套记录下的电阻的变化。（内置图为手套戴在两只手的不同位置）。

（d） 照片显示HWETC直接贴在参与者的手腕上并且同时检测脉搏跳动。

（e） 基于HWETC 位置传感器4 ×4光学照片以及工作原理图。

（f）-（i）当3.7kpa和6.4kg重的小球在传感器阵列不同位置的时候，压力地图阻力的变化

文献链接：An Elastic Transparent Conductor Based on Hierarchically Wrin-kled Reduced Graphene Oxide for Artificial Muscles and Sensors （Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201603395）

本文由材料人编辑部电子电工学术组seeding供稿，材料牛编辑整理。

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