Team udvikler enkel hydrogelmodifikationsmetode mod strækbar og gennemsigtig elektronik

Forskere fra Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) og Massachusetts Institute of Technology (MIT) har foreslået en ny metode til fremstilling af meget gennemsigtige, elektrisk ledende, strækbare seje hydrogeler modificeret af enkeltvæggede carbon nanorør (SWCNT'er). Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i ACS anvendte materialer og grænseflader .

Hydrogeler er nye bløde materialer med anvendelser i en række moderne teknologier, herunder vævsteknologi, medicin levering, biomedicinsk udstyr, strækbar/bio-integreret elektronik og blød robotik. Desuden, hydrogeler, der har lignende fysiologiske og mekaniske egenskaber som menneskelig hud, er ideelle materialer til effektiv bio-integration af sådanne elektroniske enheder. Elektrisk ledende hydrogeler (ECH'er) tiltrækker stor interesse inden for biomaterialevidenskab på grund af deres unikke egenskaber. Imidlertid, den effektive inkorporering af ledende materialer i hydrogelernes matricer for forbedret ledningsevne er fortsat en stor udfordring.

SWCNT'er er en unik familie af materialer, der udviser exceptionel termisk, elektroniske og mekaniske egenskaber, og er derfor blevet brugt som nanofyldstoffer af nanokomposithydrogeler.

I denne forskning, forskerne brugte en et-trins teknik til at lette den tørre overførsel af SWCNT'er på hydrogeler, derved undgås problemer forbundet med SWCNT-agglomerering og fjernelse af overfladeaktive stoffer, samtidig med at hele fremstillingsprocessen forenkles.

Forskerne demonstrerede to måder at fremstille SWCNT/hydrogel-strukturer på. Den første tilgang er baseret på en simpel overførsel af SWCNT'erne fra et filter til den som forberedte hydrogeloverflade, mens den anden er baseret på forstrækning af hydrogelen før SWCNT-filmen aflejres. Baseret på den udførte karakterisering, den første tilgang kan bruges til SWCNT/hydrogelstrukturudnyttelse som belastningsfølsomt materiale; holdet observerede stabil adfærd i løbet af 5, 000 stræk-/frigørelsescyklusser.

Den anden tilgang overvinder lav ledningsevne ved høje belastninger og sikrer høj gennemsigtighed. I øvrigt, det kan bruges til applikationer, hvor elektrodernes stabile ydeevne under strækning er nødvendig uden ændring af de elektriske egenskaber. "I dette arbejde, vi rapporterer nye gennemsigtige, strækbar, ledende og biokompatible hydrogeler modificeret af SWCNT-film for at skabe passive elektroder og aktive sensorer til bærbar og hudlignende elektronik. Vi introducerer her et et-trin, universel og anvendelig metode til fremstilling af SWCNT/hydrogelstruktur, i stand til at modstå en iboende strækning på op til 100 procent belastning. Vores metode til SWCNT-filmmønster gør det muligt at skabe store elektroniske kredsløb, samt en række forskellige bærbare enheder, inklusive elektroniske skins, " sagde Skoltech Ph.D.-studerende Evgenia Gilshteyn, avisens første forfatter.

"Ved brug af den foreslåede tilgang, vi skabte mekanisk robust, meget strækbar, biokompatibel, ledende og transparente SWCNT/hydrogel-strukturer og demonstrere deres anvendelser som fingermonterede ledbevægelsessensorer og elektrokardiografiske elektroder. Fordelene ved de foreslåede strukturer med hensyn til ledningsevne, strækbarhed, gennemsigtighed og anvendelighed for oprettelse af elektroniske kredsløb er tydelige og diskuteret i vores forskningspapir, " sagde Skoltech Professor Albert Nasibulin.