Adv. Mater.：用于人造肌肉和傳感器的分層薄膜導體

【引言】

對于可穿戴技術中特別是第二皮膚、電子眼相機、可伸縮顯示器以及柔性傳感器和執行器等應用的開發需要高彈性和透明的電子產品。光學透明和并且導電的薄膜材料就典型地應用在此類產品上。銦錫氧化物和氟摻雜氧化錫以它們出色的導電性能和光學透明成為了占主導地位的商用透明導體材料。但是，在大量的拉伸和彎曲變形下，基于銦錫氧化物和氟摻雜氧化錫的導電薄膜的導電性能會下降。

【成果簡介】

近日，東華大學張青紅研究員、王宏志教授團隊發明了一種簡單的并且可以大規模使用的合成彈性透明導電薄膜的方法。該論文深入闡述了短期以及長期起皺機理對分層起皺彈性透光材料（HWETC）導電性和透過率性能的影響。由于氧化石墨烯層周期性起皺，該材料在應變0-400%的情況下，該材料電阻率為100-457Ω-1，透光率變化范圍在67%-85%之間。該材料具有著應用于多種場合的潛質，為軟功能設備的應用開辟了一條新的道路。

【圖文導讀】

圖1 分層皺紋彈性透明導體生產過程：

（a、b）制備分層皺紋彈性透明導體步驟以及示意圖。

（c）氧化石墨烯的短程和長程分層起皺掃描電子顯微鏡圖。

圖2 該材料的電學性能和光學性能與應變性能的相關性：

（a） HWETC的電阻率與應變透光率的相關性。

（b） 重復拉伸循環下，HWETC薄層電阻變化。

（c） 在增加和減少應變的條件下，連接在HWETC電極兩端的LED燈圖片。

（d） 本次研究彈性透光導體與之前的彈性透光導體性能對比。

圖3 分層褶皺機理對HWETC薄層電阻和透射率的影響：

上圖為在不同應變下的HWETC中的短程和長程起皺示意圖以及掃描電子顯微鏡圖。

圖4 HWETC的電熱驅動：

（a） HWETC的收縮驅動。HWETC連接在電源兩端

（b） 在循環電力下，拉伸驅動和材料表面溫度與時間的依賴性。

（c） 10mm×40mm HWETC在50g載荷下的電熱驅動。

（d） 在焦耳熱下，載荷應力與靜態拉伸與壓縮驅動下的依賴性。

圖5 HWETC在壓力傳感器方面的應用：

（a） 自制系統，包括電化學工作站、電子測試機。

（b） 在壓力循環0-30Kpa條件下，電阻率（藍色）的相對變化。

（c） 基于HWETC的傳感器手套記錄下的電阻為時間的函數，在手腕變形的情況下，戴在兩只手不同位置的手套記錄下的電阻的變化。（內置圖為手套戴在兩只手的不同位置）。

（d） 照片顯示HWETC直接貼在參與者的手腕上并且同時檢測脈搏跳動。

（e） 基于HWETC 位置傳感器4 ×4光學照片以及工作原理圖。

（f）-（i）當3.7kpa和6.4kg重的小球在傳感器陣列不同位置的時候，壓力地圖阻力的變化

文獻鏈接：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）

本文由材料人編輯部電子電工學術組seeding供稿，材料牛編輯整理。

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