可(ke)穿(chuan)戴和植入性智能設(she)(she)備的(de)(de)發(fa)展讓人(ren)(ren)與機器之間(jian)的(de)(de)邊界開始模糊，也讓人(ren)(ren)們(men)看(kan)到了更多人(ren)(ren)機協(xie)作的(de)(de)可(ke)能性。不過(guo)，堅硬的(de)(de)電子元(yuan)件(jian)不僅(jin)使用(yong)體驗欠佳，更有造成(cheng)傷害的(de)(de)風險。近日，斯坦福大學華人(ren)(ren)教授鮑哲南領導(dao)的(de)(de)研究(jiu)團隊制(zhi)作出了一種(zhong)(zhong)兼顧(gu)導(dao)電性和延展性高分(fen)子材料，相(xiang)應成(cheng)果發(fa)表在3月10日的(de)(de)《科(ke)學進(jin)展》（Science Advances）上。這種(zhong)(zhong)“柔軟”如(ru)人(ren)(ren)類皮膚的(de)(de)導(dao)電材料可(ke)用(yong)于(yu)制(zhi)造新一代(dai)可(ke)穿(chuan)戴電子設(she)(she)備，如(ru)果通過(guo)進(jin)一步的(de)(de)生物相(xiang)容性檢驗，它還可(ke)能應用(yong)在植入性電子設(she)(she)備上。
近(jin)年(nian)來(lai)，許多表皮電(dian)氣器(qi)件(jian)(jian)、植入性(xing)(xing)傳感器(qi)、眼(yan)球(qiu)攝像(xiang)頭都對材(cai)料的(de)延展性(xing)(xing)提出了(le)要(yao)(yao)求(qiu)。這(zhe)(zhe)些設備需要(yao)(yao)緊(jin)密(mi)貼合(he)人類不(bu)同位置的(de)生物學弧度，保(bao)證在(zai)1倍(bei)(bei)拉伸時依然(ran)正常工作。目前，制(zhi)作這(zhe)(zhe)些“柔(rou)軟”的(de)設備主要(yao)(yao)基于這(zhe)(zhe)樣的(de)思路：設備的(de)一(yi)些核心(xin)功能部件(jian)(jian)，比如晶體(ti)管、LED、光伏元件(jian)(jian)，是幾個堅硬的(de)點，但(dan)是可以用延展性(xing)(xing)良好的(de)材(cai)料將它(ta)們連接起來(lai)。因此(ci)，尋找(zhao)在(zai)高度拉伸狀態下依然(ran)導(dao)電(dian)性(xing)(xing)良好的(de)材(cai)料至(zhi)關重要(yao)(yao)。量化來(lai)看，連接材(cai)料需要(yao)(yao)在(zai)大于1倍(bei)(bei)拉伸時保(bao)持1000S/cm（西門子(zi)每厘米(mi)，電(dian)導(dao)率單位）以上的(de)電(dian)導(dao)性(xing)(xing)。
然(ran)而(er)，現有材料往往都(dou)難(nan)以兼顧(gu)導(dao)電性和延展(zhan)性。此前，鮑哲南團隊(dui)曾將一(yi)種(zhong)高導(dao)電性的聚合(he)物PEDOT（（3,4-乙烯二氧(yang)噻吩單體的聚合(he)物）和一(yi)種(zhong)高分子化合(he)物PSS（聚苯乙烯磺酸鈉）組合(he)，這種(zhong)PEDOT：PSS材料導(dao)電性極好，但不能禁受5%以上的拉(la)伸。后(hou)來，研究者們(men)也(ye)曾嘗(chang)試(shi)在PEDOT：PSS中加(jia)入(ru)塑化劑來提升延展(zhan)性，但都(dou)導(dao)致材料的導(dao)電性被極大地(di)破壞(huai)，應用價值很低。
一種理想的(de)兼顧(gu)導電性(xing)和延展(zhan)性(xing)的(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)應該有“軟(ruan)“有“硬”。“軟(ruan)”指向材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)活動程度(du)(du)和柔軟(ruan)性(xing)，而(er)(er)(er)“硬”指向材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)晶(jing)體化程度(du)(du)和導電性(xing)，最(zui)好是由“軟(ruan)”材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)形成網狀建構網住“硬”材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。當達(da)到(dao)玻(bo)(bo)璃化溫(wen)度(du)(du)后，高分子鏈段開始運動，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)隨(sui)之(zhi)“軟(ruan)”化，彈性(xing)增加，導電性(xing)也下降(jiang)。然而(er)(er)(er)，PEDOT和PSS都(dou)不(bu)具備明顯的(de)玻(bo)(bo)璃化溫(wen)度(du)(du)，因而(er)(er)(er)無(wu)法直(zhi)接用操控溫(wen)度(du)(du)的(de)方式來達(da)到(dao)有“軟(ruan)“有“硬”的(de)效果。
在測試了一(yi)系列(lie)添(tian)加(jia)劑后，鮑(bao)哲南團隊(dui)發現其中(zhong)三(san)種效果比較理想。它們的(de)共性是：在水中(zhong)和PEDOT:PSS網絡(luo)中(zhong)具有高(gao)溶解性；富含酸性例子。一(yi)方(fang)面(mian)，這些添(tian)加(jia)劑能軟化(hua)PSS，使(shi)PSS化(hua)合鏈間(jian)形成空間(jian)，提高(gao)整(zheng)體延展(zhan)性；另一(yi)方(fang)面(mian)，它們能破壞PSS和PEDOT之間(jian)的(de)靜電作(zuo)用，使(shi)PEDOT在PSS網絡(luo)間(jian)富集起來，并保持PEDOT間(jian)良好的(de)連(lian)通(tong)性。
加(jia)入(ru)理想添加(jia)劑的PEDOT：PSS材料在(zai)1倍拉伸時依(yi)然(ran)保持高于4100S/cm的導電率。研究(jiu)者(zhe)用這種材料連接LED進行(xing)試驗，發現在(zai)材料被扭曲、被尖銳物(wu)理戳中等極端(duan)延(yan)展情況下，LED的亮度只有(you)小幅的變(bian)化。
同時，此前所用的(de)(de)波狀金屬連接體需要(yao)更大的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)，而(er)這種新材(cai)料的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)利用率要(yao)比波狀金屬高5倍。
最后，研究(jiu)團(tuan)隊將材(cai)料(liao)在9個(ge)(ge)方(fang)向上從0%拉伸到125%，連(lian)接的9個(ge)(ge)晶體管工作表現差距小于10%。這表明材(cai)料(liao)在各個(ge)(ge)方(fang)向都具有(you)良好的延展性(xing)和導電性(xing)。
總而言之，這(zhe)種“柔軟”材料導(dao)電性(xing)(xing)和(he)延(yan)展性(xing)(xing)俱佳，完全滿足(zu)可(ke)穿戴和(he)表皮電子(zi)設備的(de)(de)(de)要求，尤(you)其(qi)適(shi)合制(zhi)作(zuo)曲面電子(zi)設備。此(ci)外，這(zhe)種材料還(huan)有被批(pi)量打印制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)潛力(li)。據新華社報道(dao)，鮑哲南團隊下一步工(gong)作(zuo)是要測試它(ta)的(de)(de)(de)生物相容(rong)性(xing)(xing)，以驗證它(ta)是否適(shi)用于植(zhi)入性(xing)(xing)電子(zi)設備。
來(lai)源：澎湃新聞(wen)網(wang)
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