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具有高能量和功率密度的可拉伸和可生物降解电池
电子产品。 [1–3] 然而，电子设备数量的迅速增加引发了严重的环境问题，因为通过填埋不当处理科技废物、使用有毒物质以及大量的碳足迹对自然构成了巨大威胁。 [4] 由于回收利用往往不切实际且成本高昂，如果能够缩小与传统电子产品的性能差距，新兴的可降解电子产品将提供一种可持续的解决方案。 [5] 对于可拉伸系统，这对所用材料的机械性能提出了严格的要求。包括传感器在内的保形电子皮肤完全是柔软的，但为了达到高度的不可感知性，需要可拉伸的设备。 拉伸性使其对使用过程中的表面和变形的适应性更高。 [6] 此类设备的可生物降解版本需要开发与其保形性和可降解性相匹配的电源。 [7] 据报道，完全可降解超级电容器能够为手表供电，且具有高面积电容，但它们的低能量密度和负载下工作电压线性下降使得它们不适合耗电的电子应用。 [8，9] 另一方面，可拉伸电池提供稳定的工作电压和更长运行时间所需的高能量密度。 到目前为止，这些设备主要利用不可降解和有毒材料的优势。 [10–12] 虽然完全可降解软电池在功率输出方面有所改进，但它们还无法与不可降解设计相媲美，而且它们的可拉伸实现仍处于起步阶段。 [13–15] 刚性可降解电源通常利用镁、铁或钼等金属的高理论能量密度，但实现相同的可拉伸版本仍然是一个挑战。 [16,17] 此类金属通常几乎不表现出超出一定程度的不可逆延展性的固有拉伸性。这可以通过各种后处理方法（例如薄膜屈曲、刚性岛设计）来解决，但是，这些方法需要简单易行，并且不能过度损害性能。[18] 预拉伸基板上的电极膜屈曲虽然提供了可逆拉伸性，但迄今为止仅报道了不可降解电极材料，如聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合材料或金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 箔。[19,20] 此类
透气、可拉伸的超结构，适用于多功能混合电子皮肤贴片，具有长期皮肤舒适性
个性化医疗、[9] 神经工程、[10] 人机界面 [11,12] 和智能假肢。[13] 通过电气方式监测生物信号可以将电子皮肤 (E-skin) 传感器与大数据、[14] 人工智能 [15] 和物联网 (IoT) 技术相结合。[16] 随着皮肤上设备的应用不断扩大，已经报道了在非传统基板（如 3D 自由曲面、皮肤和地形基板）上实现可穿戴电子产品的新方法。[8,17,18] 此外，还展示了电子皮肤的其他吸引人的功能。例如，实现光学功能以可视化与健康状况相关的信息是与人类直观交互的一个有吸引力的方向。[19] 具有自供电功能的可穿戴传感器也可以扩展其适用性。 [20,21] 无线电子皮肤系统可将测量数据传输到移动设备，并在监测健康状况的同时支持日常活动，在用户便利性方面也很有吸引力。 [22] 此外，仅传输生物信号中关键的必要信息这一可能功能是电子皮肤传感器的一个特别有吸引力的方向，因为它可以减少无线数据传输的功耗和后处理的数据数量。
用于可拉伸电子产品的数码印刷液态金属嵌入弹性体油墨中银微薄片的比较研究
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
仿生可拉伸传感器，用于可穿戴设备连续监测人类和动物的呼吸模式
等人报告称，呼吸频率是响应身体内部问题而首先发生变化的生命体征之一。[6] 尽管呼吸频率具有临床重要性，但呼吸频率仍然是监测最少的生命体征之一，通常依赖于医疗专业人员不频繁的视觉评估（即定期观察患者胸部的运动）。[7] 视觉测量容易出错，特别是当患者意识到他们的呼吸正在受到监测时，不频繁的测量可能会错过与呼吸模式有关的重要事件。[8,9] 监测呼吸活动（例如呼吸频率）对动物和人类同样重要，甚至更重要；因为动物无法传达疼痛或不适。[10] 研究表明，呼吸（即模式、速率和深度）的变化可能表明狗的身体或情绪压力、心脏、呼吸和其他健康相关问题（包括中暑）。 [11] 对于某些动物，例如狗，由人类手动测量或在陌生环境中测量呼吸活动也可能因情绪因素而导致测量不可靠，从而导致不良的临床决策和结果。 [12] 在包括麻醉在内的各种程序中，监测实验动物（如大鼠）的呼吸也同样重要，但现有的仪器价格昂贵且不精确。 [13]
用于神经器官生物整合和刺激的可拉伸网状微电子技术
* 通讯作者 三维 (3D) 培养方法的进步已导致类器官的产生，这些类器官重现了人类神经系统各个领域的细胞和生理特征。尽管已经开发出微电极用于与神经组织建立长期电生理接口，但对微电极和自由漂浮类器官之间长期接口的研究仍然有限。在本研究中，我们报告了一种可拉伸的柔软网状电极系统，该系统在 3D 类器官中建立了与人类神经元的密切体外电接口。我们的网状电极由基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐 (PEDOT:PSS) 的导电水凝胶电极阵列和弹性体聚（苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯） (SEBS) 作为基材和封装材料构成。这种网状电极可以在 50% 压缩应变和 50% 拉伸应变下的缓冲溶液中保持稳定的电化学阻抗。我们已成功在这种聚合物网上培养了多能干细胞衍生的人类皮质类器官 (hCO) 超过 3 个月，并证明类器官很容易与网状物整合。通过同时进行刺激和钙成像，我们表明通过网状电刺激可以引发强度依赖性钙信号，与双极立体电极的刺激相当。该平台可用作监测和调节神经精神疾病体外模型电活动的工具。简介网状电极是一种新兴的脑组织慢性电生理接口平台 1,2 。与由硅等硬质材料制成的传统多电极阵列或柄探针不同，网状电极由柔性导电互连线和绝缘聚合物材料封装的电极组成。由于多种原因，网状电极已被证明能够实现稳定的长期接口。首先是它们的弯曲刚度低：通过具有薄层，它们可能更容易与神经组织贴合，从而最大程度地减少异物相互作用 3 。其次，网状电极排除的体积远小于其他技术（例如实心电极插入物）。网状电极可以做得小于 1 微米，并且已被证明在注入液体溶液后会膨胀和扭开 4,5 。网状电极的一个潜在应用领域是刺激和监测 3D 神经类器官中电活动的出现。神经类器官最初是人类诱导多能干细胞 (hiPSC) 的 3D 聚集体。随着时间的推移，hiPSC 衍生的分化细胞自组织成 3D 结构，重现发育神经轴域的某些方面 6 。这些类器官或它们的组合形成组装体，可用于研究早期
可伸展的氧化还原活性半导体聚合物，用于高...
有机电化学晶体管（OECTS）代表了一个新兴的设备平台，用于下一代生物电子学，这是由于对生物信号的独特增强和敏感性。用于实现无缝的组织 - 电源界面，以获得准确的信号获取，皮肤样柔软性和可伸缩性是必不可少的要求，但尚未将其赋予高性能OECT，这在很大程度上由于缺乏可拉伸的可拉伸性氧化还原活性半导体聚合物。Here, a stretchable semiconductor is reported for OECT devices, namely poly(2-(3,3 ′ -bis(2-(2-(2-methoxyethoxy) ethoxy)ethoxy)-[2,2 ′ -bithiophen]-5)yl thiophene) (p(g2T-T)), which gives exceptional stretchability over 200% strain and 5000 repeated stretching cycles, together with OECT的性能与最先进的表现。通过系统的特征和不同聚体的比较验证，该聚合物的关键设计特征是使高可伸缩性和高OECT性能结合的非线性骨架结构，中等的侧链密度和足够高的分子量。使用这种高度可拉伸的聚合物半导体，具有高归一化的跨导率（≈223s cm-1）和双轴可拉伸性高达100％应变，以高归一化的跨导率（≈223s cm-1）制造。此外，还展示了皮肤心电图（ECG）记录，它结合了内置放大和前所未有的皮肤的可比性。
显微镜液体金属导体，用于可拉伸和透明的电子
，尤其是识别软导管技术。[3,4]甘露和甘露的液体金属（LMS）引起了人们的关注。[5]利用其接近室温的液体 - 固体相变（t = 29.8°C）和较大的电导率（> 3×10 6 s m-1），使用了LMS，通常嵌入有机硅载体中，作为伸展的电导导体，以携带电力和信息或传输器具有多个功能。[5-10]由于其综合流变性，弹性地下的LMS尚未被广泛用于可靠，高性能，微型电路，这是由于开发与基于晶相的微技术相兼容的构图技术的挑战。[11] LMS在暴露于空气时形成薄（≈1–3 nm厚），表面固体氧化物皮肤。[12–14]氧化物平衡LMS的高表面张力并允许大多数表面润湿。这种现象是阻止当今LM电子技术的大型工业规模整合的主要阻碍因素之一。已经开发了几种技术来克服LM膜导体的生产性限制。[11,15,16]在一种方法中，LM图案是通过破裂氧化物皮肤，形成所需形状并通过氧化物皮肤再生而稳定的。3D和转移印刷技术依赖于这种氧化物皮肤稳定化来证明具有微观分辨率的痕迹。也证明了基于激光消融的类似方法，用于制造可扩展和高分辨率的LM网格。[17–20]但是，这种方法尚未被证明与大区块（> cm 2）电路的兼容，或者不能对LM Morphology提供足够的控制，因此无法保证高可扩展性（> 30％）。[21]激光微加工可以使高分子LM导体跟踪到4 µm线宽，但这种“串行”技术与大金属化密度绘制不相容。在另一种方法中，氧化物皮肤的生长要么通过真空处理下的加工或化学去除以允许在粘附层上润湿LM以增加与基材的亲和力。通过在金属润湿层上选择性电镀LMS来形成可拉伸（> 100％伸长）和狭窄（5 µm）图案的图案。[22]但是，大区域上的高分辨率电路尚未实现。
可拉伸、透气、稳定的无铅钙钛矿
可穿戴电子产品是一种新兴技术，它实现了日常电子设备的灵活性、可穿戴性和舒适性，可广泛应用于电子皮肤[1–4]、自供电传感器[5]和健康监测[6,7]等各种应用。尽管在开发多功能可穿戴设备方面已经取得了长足的进步，但电源仍然是一个难以解决的挑战。电池和超级电容器尽管具有良好的稳定性和效率，但仍然受到寿命、刚性、体积、封装和安全性等问题的限制。[8,9]作为未来自供电技术的潜在候选者，摩擦电和压电纳米发电机（TENG 和 PENG）能够从环境（风、雨和潮汐能）和人体运动（行走、跑步、拍手和弯肘）中获取机械能，并将其转化为电能为可穿戴设备供电。 [10–15] TENG通过摩擦起电和静电感应的耦合效应产生电能，而PENG则利用压电材料变形产生的偶极矩将机械能转化为电能。两者都是很有前途的能源技术，可以满足绿色能源和可持续发展的苛刻要求。然而，这两种技术也各有优缺点。例如，由于压电材料封装方便、结构灵活，PENG通常具有更好的电稳定性和操作灵活性，但其电输出相对较低。相反，TENG通常具有更高的电输出，但是它们的工作机制，例如垂直接触分离和横向滑动模式，需要两种不同材料的相对位移，这限制了设备的配置和应用场景。因此，一种混合型TENG和PENG能量收集器（TPENG）结合它们的优点，以获得更高的功率输出并适应不同的应用，是非常可取的。
单轴循环拉伸下的填充聚合物油墨 - NSF-PAR
图 2. 0.5 毫米 PE874 打印线 (a) 较小区域的地形图，应变达到 80%。虚线轮廓内的区域被选中用于 (b) 3D 渲染。 (c) 同一样品在 50% 和 80% 应变之间循环 100 次后的 2D 轮廓测量场。 (d) 平移图关联插图 (a) 和 (c) 中显示的循环前后样品扫描的位移。请注意，平移几乎均匀，幅度约为 25 μm。结果