在使用寿命期间表现出稳健的机械性能,同时又能在使用寿命结束时分解的装置是各种生物医学应用所迫切需要的,包括长期药物输送和传感器集成健康监测。这类技术可以通过使用可触发材料来实现,这些材料会在受到外界刺激时分解。[1–7] 与被动触发材料(通过水解或氧化等机制与环境发生反应而分解)相比,主动触发材料会在受到外源刺激时分解(图 1 A)。[1] 因此,主动触发材料使生物医学技术具有适应性和可预测性,随着使用寿命的增加,这两者都变得尤为重要和具有挑战性。
摘要 裂纹控制策略已被证明对于增强基于金属薄膜的可拉伸导体的拉伸能力非常有用。然而,现有的策略往往存在制备复杂和有效方向预定的缺点。在这里,我们提出了一种裂纹补偿策略,用于制备具有高拉伸性的导体,即使用液态金属微粒 (LMMPs) 嵌入聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 作为基底,在其表面溅射一层薄薄的金 (Au) 薄膜。LMMPs 在拉伸时可以拉长以连接破裂的金膜,这可以形成导电的“岛-隧道” (IT) 结构以补偿裂纹并保持导电性。通过使用可拉伸导体作为电极记录人体肱桡肌表面肌电图并监测正常和癫痫状态下大鼠的皮层电图信号,证明了可拉伸导体的高性能。所开发的策略显示出为柔性电子产品的制造提供新视角的潜力。
与刚性印刷电路板 (PCB) 和柔性 PCB 相比,软电路具有更高的稳健性和更好的机械阻抗匹配性,可与更广泛的宿主表面(包括纺织品和人体软组织)匹配。然而,可拉伸电子产品开发中的一个关键挑战是使用可印刷油墨的能力,这种油墨在 > 100% 的大应变下仍能保持高电导率和稳定的走线电阻。一种有前途的方法来创建具有低机电耦合的柔软、可拉伸和可印刷电子产品,就是将微流体通道或液态金属 (LM) 液滴整合到软弹性体中。[8,9] 镓基 LM,例如共晶镓铟 (EGaIn),因其高导电性、低流体粘度和可忽略不计的毒性而特别受欢迎。[10] 然而,制造带有 LM 导体的电路通常需要大量劳动力,并且需要许多手动步骤。由于 LM 的粘度低、表面张力高且与基板的粘附性差,直接打印 LM 也具有挑战性。因此,研究人员试图提出创新技术,以打印基于 LM 的电路。在一项研究中,EGaIn 沉积在印刷的 Ag 纳米墨水上,以实现电导率提高 6 个数量级、应变耐受极限提高 20 倍以上。[11] EGaIn 还用于选择性润湿光刻图案化的铜 (Cu) 走线,以创建高性能集成电路 [12],并且还沉积在电纺弹性纤维垫上,以获得具有高导电性和可拉伸性的薄膜导体。[13] 在另一项最近的研究中,LM 和银薄片悬浮在热塑性弹性体中,并用于具有极高拉伸性 (2500%) 的摩擦电纳米发电机。 [14] 其他努力包括利用 EGaIn 液滴渗透网络,无论是印刷迹线的形式 [15,16,17] 还是由悬浮在弹性体基质中的 LM 液滴组成的橡胶复合材料。[18,19,20] 然而,这些使用 LM 液滴印刷软电子器件的方法需要额外的热、光学或机械烧结步骤,以及其他形式的后处理以诱导电导率,并且印刷适性对于与微电子集成的应用受到限制
完整作者列表: Shah, Najam Ul Hassan;亚利桑那州立大学,物质、运输和能源工程学院;塔克西拉工程技术大学,机械工程系 Kong, Wilson;亚利桑那州立大学,物质、运输和能源工程学院 Casey, Nathan;亚利桑那州立大学,物质、运输和能源工程学院 Kanetkar, Shreyas;亚利桑那州立大学,物质、运输和能源工程学院 Wang, Robert;亚利桑那州立大学,物质、运输和能源工程学院 Rykaczewski, Konrad;亚利桑那州立大学,物质、运输和能源工程学院
R. Dong、Prof. S. Liu、Prof. X. Jiang 哈尔滨工业大学生命科学与技术学院 中国哈尔滨市南岗区益矿路 2 号 150001 电子邮件:shaoqinliu@hit.edu.cn; jiang@sustech.edu.cn 董荣军,杭聪,陈哲,刘晓玲,钟玲,齐建军,黄勇,蒋晓玲教授 南方科技大学生物医学工程系 中国广东省深圳市南山区学院路 1088 号 518055 王林博士,王林教授,陆英教授 中国科学院脑连接组与操控重点实验室,脑认知与脑疾病研究所 中国科学院深圳先进技术研究院 深港脑科学研究院-深圳基础研究中心 深圳 518055,中国 电子邮件:lp.wang@siat.ac.cn; luyi@siat.ac.cn
弹性体仍然是一种流行的方法,2,4 人们对由彼此隔离或连接以形成导电通路的 LM 液滴悬浮液组成的材料系统的兴趣日益浓厚。9,10 近年来,后者的努力与基于 LM 的纳米技术 11 的实践相结合,从而开辟了液态金属纳米复合材料研究的新领域。LM 纳米复合材料代表了这样的材料系统:其中 LM 合金(如 EGaIn 或 Galinstan)要么作为纳米级液滴悬浮在液态金属聚合物基质中,要么与金属纳米颗粒混合以形成双相组合物,其中 LM 充当连续基质相。无论哪种情况,LM 纳米复合材料都代表了我们如何定制液态金属材料的电学、介电和热学性能的潜在范例。历史上,改变固体材料此类特性的努力通常集中在填充有刚性金属、陶瓷纳米粒子或碳同素异形体的粒子复合材料上。然而,此类填充材料会导致刚度和机械滞后增加,尤其是在渗透和电导率所需的高浓度下。虽然对于某些应用来说是可以接受的,但对于需要与固体材料和生物组织相匹配的机械柔顺性的计算、机器人和医学等新兴技术来说,这种权衡极大地限制了它们。在这方面,用 LM 纳米液滴代替刚性填料可以显著拓宽纳米复合材料的应用范围。在这里,我们回顾了合成 LM 纳米复合材料的方法的最新进展及其在固体物质传感、驱动和能量收集方面的应用。我们首先总结了合成纳米级 LM 液滴(可在溶剂中形成稳定悬浮液)的技术背景和方法进展。接下来,我们介绍 LM-聚合物纳米复合材料的最新进展,这种复合材料由嵌入在软弹性介质中的 LM 纳米液滴组成。最后,我们讨论了在创建刚性金属纳米颗粒嵌入块体中的材料系统方面所做的平行努力
对于不依赖环境加热的驱动,LCE 已被合成/加工以响应光、电场或焦耳加热。15 对光的主动响应可能非常快 16,17 并且显然对许多应用有用 18–20 但在远程/无法访问的环境中或在环境光可能影响驱动的情况下可能被禁止。或者,可以使用电场来驱动 LCE。通过添加碳纳米管,LCE 的机电响应性得到改善;然而,相对于未填充的 LCE,刚性内含物会降低驱动应变。21,22 对于厚度大于几百微米的人造肌肉,光和电场驱动都难以扩展。焦耳加热已通过表面加热器和导电填料 23–28 实现,这对于开发使用 LCE 作为软致动器的不受束缚的软机器人很有希望。29,30
在其专家会议计划中,讨论了液态金属快中子增殖反应堆 (LMFBR) 中的裂变和腐蚀产物行为这一主题。当时很明显,随着美国、苏联、法国和英国实验性快中子增殖反应堆系统的出现,支持性研究计划的扩展以及这些不同活动产生的信息的碎片化性质,在国际层面上协调某些主题将是有益的。