近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院先進材料研究中心汪正平與孫蓉領(lǐng)導(dǎo)的先進電子封裝材料科研團隊成功研發(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，實現(xiàn)對人體運動行為的實時監(jiān)測。
導(dǎo)電復(fù)合材料的機械柔性與可印刷性演示及其在柔性印刷電路與對人體運動行為監(jiān)測領(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動行為監(jiān)測中的應(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、人體運動行為監(jiān)測系統(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，因為高可拉伸性需要合理的設(shè)計使傳感器在大應(yīng)變時保持材料結(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挑戰(zhàn)。
該團隊成員胡友根、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際填充量并保持較高的電導(dǎo)率，同時導(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，通過對雜化導(dǎo)電粒子填充量的控制，可進一步對傳感器的導(dǎo)電性能、機械性能及應(yīng)變傳感性能等進行調(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、柔性精細印刷線路及人體運動行為監(jiān)測傳感器等方面，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。
該項目得到國家重點研發(fā)專項、國家自然科學(xué)基金、廣東省高密度電子封裝關(guān)鍵材料重點實驗室、中科院深圳先進院優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金等的支持。
