《液态金属可能为可穿戴超声设备指明方向》

  • 来源专题:关键矿产
  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2024-03-25
  • 超声波最著名的副产品——因其频率超过人耳范围而得名——事实上,不是音频,而是视觉:二维图像,通常是胎儿在子宫内成熟的图像。但超声波在医学领域的其他角落也占有一席之地,从评估血流到检查可疑肿块和诊断疾病。这种诊断能力最近促使生物医学工程师设计可穿戴超声设备,这些设备可以持续监测故障迹象,特别是通过跟踪血流或心脏的节律性运动。理想情况下,这些可穿戴设备将由可拉伸材料组成,以适应运动和人体形态。

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    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-05-08
    • 对于新兴的可穿戴技术而言,它需要改进的电源。现在密歇根州立大学的研究人员通过皱巴巴的碳纳米管森林或CNT森林提供了潜在的解决方案。 MSU软机和电子实验室主任曹长永带领一支科学家团队创建了高度可拉伸的超级电容器,为可穿戴电子设备提供动力。新开发的超级电容器具有坚固的性能和稳定性,即使在数千次拉伸/松弛循环中拉伸至其原始尺寸的800%时也是如此。 该团队的成果发表在Advanced Energy Materials杂志上,可能会刺激新的可拉伸能量电子系统,植入式生物医学设备以及智能包装系统的发展。 “成功的关键是对垂直排列的CNT阵列或CNT森林进行压皱的创新方法,”MSU包装学院助理教授曹说。 “我们的设计不是在制造过程中严格限制扁平薄膜,而是使三维互连的CNT森林保持良好的导电性,使其更加高效,可靠和坚固。” 大多数人都知道可穿戴技术的基本形式是与智能手机通信的iWatches。在这个例子中,这是需要电池的两项技术。现在想象一下烧伤受害者的智能皮肤补丁,可以监控治疗,同时为自己供电 - 这是Cao的发明可以创造的未来。 在医疗领域,正在开发可伸缩/可穿戴电子设备,其能够产生极端扭曲并且能够符合复杂的不平坦表面。将来,这些创新可以整合到生物组织和器官中,以检测疾病,监测改善,甚至与医生沟通。 然而,令人烦恼的问题是一种可互补的可穿戴电源 - 一种持久耐用的电源。为什么要开发出很酷的新贴片,如果他们不得不使用笨重的电池组来加热并需要充电? (这是极端的,但你明白了。) Cao的发现是第一个使用皱折的常规CNT用于可伸展的能量存储应用,它们像树木一样生长,它们的檐篷缠绕在晶圆上。然而,这片森林只有10-30微米高。转移和揉皱后,CNT森林形成令人印象深刻的可拉伸图案,如毯子。 3D互连的CNT森林具有更大的表面积,并且可以使用纳米颗粒轻松修改或适应其他设计。 “它更加强大;它确实是一项设计突破,”Cao说,他也是机械工程和电气和计算机工程的助理教授。 “即使它沿着每个方向伸展到300%,它仍然可以有效地传导。其他设计会失去效率,通常只能在一个方向上伸展,或者当它们以更低的水平拉伸时完全失灵。” 就其收集和储存能量的能力而言,Cao的皱巴巴的纳米森林胜过大多数已知存在的基于CNT的超级电容器。尽管表现最佳的技术可以承受数千次拉伸/放松循环,但仍有改进的余地。 金属氧化物纳米颗粒可以容易地浸渍到皱折的CNT中,从而本发明的效率进一步提高。 Cao补充说,新发明的方法应该推动自供电可拉伸电子系统的发展。 ——文章发布于2019年5月2日
  • 《基于液态金属的可拉伸电子器件》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2021-03-25
    • 可伸缩电子产品广泛应用于各种应用领域,如可穿戴电子产品、皮肤电子产品、软机器人和生物电子产品。传统使用弹性薄膜构建的可伸缩电子设备缺乏渗透性,这不仅会影响穿戴舒适性,长期佩戴后会引起皮肤炎症,而且限制了设备在垂直方向上的集成设计尺寸。 2021年2月18日,香港理工大学郑子剑教授团队报道了一种可拉伸的导体,它是通过简单地将液态金属涂覆或印刷在静电纺丝弹性体纤维垫上而制成的,并把这种可拉伸的导体称为“液态金属纤维垫”(LMFM)。液态金属悬挂在弹性纤维之间,自组织成横向网状和垂直弯曲的结构,同时提供高渗透性、延展性、导电性和电气稳定性。LMFM对空气、水分和液体具有良好的渗透性,并在10000次拉伸试验中保持超弹性(超过1800%应变)和超高导电性(高达1800000 S m−1)。体内和体外生物相容性试验表明,LMFM直接应用于皮肤具有良好的生物相容性。研究人员展示了用LMFMs制造和封装多种可渗透可拉伸电子器件的简易方法,该LMFM具有心电图(ECG)传感器、汗液传感器和垂直堆叠的加热器。 LMFMs通过三个简单步骤制备:(1)静电纺丝超弹性纤维毡,(2)在可拉伸毡上涂覆液态金属,(3)通过预拉伸激活渗透性。作为概念验证,选择了聚苯乙烯-嵌段-丁二烯-嵌段-苯乙烯(SBS)和共晶镓-铟合金(EGaIn)作为弹性体和液态金属。制作了一个具有320μm厚SBS衬垫和0.8 EGaIn-SBS质量载荷的LMFM样品。SBS微纤维的平均直径为2.7μm(图1b),SBS毡的断裂应变为2300%(图1e)。这种新制备的涂覆EGaIn的SBS毡呈现出有光泽的金属样表面,透气性很小(图1c)。为了激活渗透性,将衬底反复拉伸至1800%的应变,循环12次,在此过程中,闪亮的表面变得暗淡,平面EGaIn转变为悬浮在SBS微纤维之间的网格状多孔结构(图1d)。 图1 渗透性和超弹性的LMFM的典型制作过程示意图 LMFMs是一种新型的可拉伸导体,可以通过在弹性静电纺丝纤维毡上涂覆或印刷液态金属来制备。通过简单的预拉伸过程,液态金属会自组织成横向多孔且垂直弯曲的网状物,该网状物悬挂在弹性纤维之间。与其他基于液态金属的最新可拉伸导体相比,LMFMs是迄今为止唯一能够同时实现超高导电性、超高Q值、超高应变、高生物相容性和高渗透性的材料策略。展示了一种概念验证的三层整体可伸缩电子垫,具有独特的渗透性和全超弹性的优势。原则上,可以通过增加设备层的数量来实现更多的功能。研究人员展望,LMFMs将成为一个通用和用户友好的平台,用于制造集成密度高、多功能和长期耐磨的单片可拉伸电子产品。 该研究成果于2021年2月18日发表在《Nature Materials》, 题目:“Permeable superelastic liquid-metal fibre mat enables biocompatible and monolithic stretchable electronics”。 《Nature Materials》在同一天也刊登发表了耶鲁大学Rebecca Kramer-Bottiglio课题组利用液态金属(EGaIn合金)网络实现高导电性、超可拉伸性和机械稳定性电子产品的研究报道。与以前将不同的金属颗粒混合到液态金属中的工作不同,该工作在原位形成固态氧化镓颗粒。其研究表明,当液态金属纳米颗粒被加热到900°C时,由于氧化和相分离,在表面形成一层固体薄膜;同时,下面的液态金属颗粒破裂并合并成一个液体网络。这形成一个高导电性(2.06×106 S m–1)薄膜,然后可以转移到软弹性体上。这种混合物还润湿了电子元件,克服了液态金属通常难以与其他表面接触的难题。 该研究成果于2021年2月18日发表在《Nature Materials》 , 题目:“Highly stretchable multilayer electronic circuits using biphasic gallium-indium”。