銅亮相柔性導體領域

由銅制成的傳感器具有價格低、重量輕、易彎曲和強導電性的特點。彎曲、拉伸、扭曲、折疊——現代材料的輕便、柔韌和高導電率等特點使其具有非凡潛力,例如制造人造皮膚和電子紙。想讓這些概念技術變成現實仍需時日,不過,一種基於納米銅絲及PVA(聚乙烯醇)納米膠水的新方法可能成為救星。

氣凝膠巨石”(aerogel monoliths)作為超輕領域的一個成功發明,在很大程度上依賴於珍貴的納米金絲和銀絲。取而代之,莫納什大學及墨爾本納米制造中心的研究人員利用廉價的銅降低瞭柔性導體的成本,使其更具商業價值。“氣凝膠巨石就像廚房裡的海綿,隻是我們的導體是由超精細的納米銅絲構成,並且利用瞭一個叫做冷凍幹燥的制造工序。”該研究的首席研究員、莫納什大學化學工程系的Wenlong Cheng副教授說到。“銅質氣凝膠巨石具有導電性,而且可以被嵌入聚合彈性體(非常有彈性且伸縮性強的材料),這樣我們就得到瞭導電橡膠。”

盡管如此,納米銅絲氣凝膠巨石的電導率、銅的氧化性和較差的機械穩定性還是使得它的前途尚不光明。研究人員發現,在氣凝膠中添加微量的聚乙烯醇(poly vinyl alcohol,PVA)可以大幅提升其機械強度和魯棒性,且不會降低電導率。他們還發現,一旦加入PVA,氣凝膠可以在無需預置線的情況下制備出導電橡膠材料,而且重塑性良好。“可以通過簡單的切削將導電橡膠重塑成任意線性、平面或立體的形狀,同時保持其導電性。”鄭副教授說。電導率具有可調性。“我們可以通過簡單地調整納米銅絲的負載量從而調節電導率,”他說,“低負載的納米線適用於壓力傳感器而高負載納米線適合可伸縮導體。”這些低成本的材料打開瞭一系列概念產品的市場:從人造皮膚(prosthetic skin)到電子紙,再到醫療設備、柔性顯示器和觸摸屏。這些材料可以制造類似橡膠一樣的電子設備,變得能伸能曲。

鄭副教授表示,它們還可以附著在拓撲的復雜曲面上,作為像真皮膚一樣的傳感器件。研究人員將該報告發表在美國化學學會(ACS)的ACS Nano期刊中。他們表示,雖然利用這種銅絲氣凝膠制造的器件的靈敏度不及納米金絲器件,但無法掩蓋其顯著優勢——材料的成本低、加工工藝簡單和具有豐富的可調性。

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