En dynamisk stabil selvhelbredende ledning baseret på mekanisk-elektrisk kobling
Meget fleksible og ledende ledninger spiller en afgørende rolle i integration og anvendelse af bærbare enheder. Imidlertid er den hyppige belastning og deformation i praktisk brug tilbøjelig til at forårsage strukturel skade på disse ledninger, hvilket fører til svigt af hele modulet. Selvhelbredende ledninger er i stand til at genoprette de mekaniske og elektriske egenskaber, når de støder på strukturskader, hvilket tilbyder en lovende løsning på dette problem.
Imidlertid hindres de praktiske anvendelser af selvhelbredende ledninger af den stærkt fluktuerende elektriske modstand under dynamiske forhold såsom bøjning, presning, strækning og rysten, hvilket væsentligt reducerer den kontinuerlige overvågningsnøjagtighed af de indbyrdes forbundne bærbare enheder.
For at overvinde disse flaskehalse har et forskerhold ledet af prof. Hao Sun fra Shanghai Jiao Tong University udviklet en ny familie af dynamisk stabile selvhelbredende ledninger baseret på mekanisk-elektrisk kobling, som var inspireret af brintbindingerne og van der Waals-kræfterne interaktion mellem axonkerne og myelinskal i myeliniseret axon. Holdet brugte supramolekylær kemi til at forbedre trækstyrken (35-73 MPa) af de selvhelbredende ledninger, som viste god overensstemmelse med almindelige tekstilfibre (28-74 MPa).
Endnu vigtigere, den mekanisk-elektriske koblingseffekt baseret på brint og koordinationsbindinger mellem de strukturelle (selvhelbredende polymer) og ledende (GaInSn flydende metal) komponenter havde signifikant forbedret den elektriske stabilitet af de selvhelbredende ledninger under forskellige dynamiske miljøer. For eksempel var modstandsændringen af disse selvhelbredende ledninger mindre end 0,7 ohm ved en høj belastning på 500 %, og den elektriske modstand blev øget med mindre end 5 % under forskellige dynamiske forhold såsom bøjning, presning, knudning og vask .
Disse ledninger viser lovende for bærbare applikationer på grund af deres fremragende mekaniske, elektriske og dynamiske egenskaber. For eksempel kunne en integreret sundhedsplatform fremstilles bestående af temperatur, puls og K + sensorer, mikrocontrollerenhed, Bluetooth-modul og lithium-ion-batteri, som var forbundet ved hjælp af disse selvhelbredende ledninger, som viste ubetydelige elektriske modstandsudsving på 3-4 % under hamring, presning og strækning, selv efter brud og heling.
Derudover tillod det stabil og nøjagtig overvågning af menneskelige aktiviteter, selv under scenariet med tremor i lemmer forårsaget af simuleret Parkinsons sygdom. Disse resultater viste vigtigheden af høj dynamisk stabilitet af selvhelbredende ledninger, hvilket sikrede pålidelig drift af de indbyrdes forbundne bærbare enheder.
"Vi har brug for selvhelbredende ledninger, der kan opretholde deres elektriske modstand under dynamiske forhold, hvilket er nøglen til at sikre præcisionen og pålideligheden af de sammenkoblede bærbare enheder i praktiske applikationer. I vores forsøg på at nå dette mål bemærker vi, at nervesystemet kan transmitterer pålideligt neurale handlingspotentialer selv under alvorlige deformationer, hvilket inspirerer os til at foreslå den "mekanisk-elektriske koblings"-mekanisme med fokus på forbedring af interfaciale interaktion.
"Vi innoverer derfor selvhelbredende polymermaterialer via supramolekylær kemi for at inducere stærk interaktion med GaInSn flydende metal og dermed opnå dynamisk stabile selvhelbredende ledninger, der gavner praktiske bærbare scenarier," sagde Prof. Hao Sun.
"I et bredere perspektiv kan vores 'mekanisk-elektriske kobling' blive en generel strategi til at forbedre den dynamiske stabilitet af forskellige fleksible materialer og enheder og gavne en række forskellige applikationer såsom bærbar sundhedspleje, intelligent robotik og implanterbar elektronik."
Flere oplysninger: Shuo Wang et al., En dynamisk stabil selvhelbredende ledning baseret på mekanisk-elektrisk kobling, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae006
Leveret af Science China Press
Varme artikler
-
Smarte materialer, der bruges i ultralyd, opfører sig som vand, kemikere rapportererKredit:George Hodan/public domain Et team af forskere ved University of Pennsylvania får ny indsigt i de smarte materialer, der bruges i ultralydsteknologi. Mens de danner den mest grundige model -
Forskere foreslår redox-mekanisme til vand-gas-skiftreaktionSynergetiske dual metal aktive steder af Ir 1 /FeO x SAC for WGS -reaktioner. Kredit:LIN Jian Vand-gas skift (WGS) reaktion (CO+H 2 O → CO 2 +H 2 ) er afgørende for fremstilling af hydro -
Præcise magneter 3-D printet af specielt rustfrit stålEmpa præcist magnetiseret:Jernspåner klæber til dette mini skakbræt med fire millimeter kantlængde. Den delvist magnetiske struktur blev fremstillet af en enkelt type stålkraft ved forskellige tempera -
Forskere opfinder bredbånds afstembar terahertz-absorber(a) Skematisk THz-pulsudbredelse gennem VO2-filmen på Al2O3-substratet. (b) Målte ændringen af THz-absorption af VO2-film med og uden lys. (c) Målte ændringen af THz-refleksion og reflektionsfasef
- Efterhånden som klimaet ændrer sig, små stigninger i nedbøren kan forårsage omfattende vejafbry…
- Colorado-baserede virksomheder Voyager Space, Palantir går sammen om nationalt sikkerhedsarbejde i …
- Årtusindets koldeste årti? Hvor kolde 1430'erne førte til hungersnød og sygdom
- Webbs NIRISS-instrument er klar til at se kosmos i over 2.000 infrarøde farver
- Ny katalysator til elektrokemisk selektiv C=O-hydrogenering af kanelaldehyd
- Jernkemi giver overraskende effektiv katalysator