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新型電子材料可如橡皮筋般延展拉伸
2012-07-06
中國科技網(wǎng)訊 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月3日(北京時(shí)間)報(bào)道，由美國西北大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國際聯(lián)合研究小組宣稱，他們開發(fā)出一種能夠像橡皮筋一樣延展拉伸的電子材料。這種材料就算被彎曲或拉伸到原始尺寸的200%也能夠正常工作，在醫(yī)療器械和消費(fèi)電子設(shè)備制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
對心臟病、高血壓、糖尿病等患者而言，定期去醫(yī)院查體幾乎已成為生活的一部分，這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力也占用了大量醫(yī)療資源。早有科學(xué)家提出，可以設(shè)計(jì)一種可植入人體的微型醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備，這樣既方便患者也方便醫(yī)生，若有狀況還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。但材料的問題成了阻礙該技術(shù)發(fā)展的一大障礙——目前的電子元件大都以硅為基礎(chǔ)，太過僵硬根本無法擔(dān)此重任。
該項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者為美國西北大學(xué)環(huán)境工程與機(jī)械工程學(xué)教授黃永剛。為攻克這一難關(guān)，在過去的5年中，他和團(tuán)隊(duì)開發(fā)出延展率能夠達(dá)到50%的電子元件，但在許多極具價(jià)值的應(yīng)用需求前仍然捉襟見肘。其中一大挑戰(zhàn)便是由延伸所導(dǎo)致的電導(dǎo)率的嚴(yán)重?fù)p失。目前市場上由固體金屬制成的電路在進(jìn)行延展時(shí)，不無例外地會(huì)遭遇這一難關(guān)。
新研究中，黃永剛團(tuán)隊(duì)想出一種新方法解決這一難題。首先，他們用一種名為聚二甲基硅氧烷(PDMS)的聚合物造出一種多孔三維高分子材料，它能延展到自身原始尺寸的3倍。而后再將液態(tài)金屬(EGaIn)灌入高分子材料的孔中，這樣即便是進(jìn)行高強(qiáng)度拉伸時(shí)，電流也不會(huì)發(fā)生中斷。借助這一方法，他們制造出這種同時(shí)具備高度可延展性與極佳導(dǎo)電性能的材料。
黃永剛說：“該技術(shù)的關(guān)鍵是多孔聚合物和液態(tài)金屬的結(jié)合，通過這一方法我們成功地讓這種材料實(shí)現(xiàn)了200%延展。有了這種材料，制造出像橡皮筋一樣延展的電子設(shè)備將成為可能。”
參與這項(xiàng)研究的還有來自韓國高等科學(xué)技術(shù)研究院、中國大連理工大學(xué)以及美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納—香檳分校的科學(xué)家。相關(guān)論文發(fā)表在6月26日出版的《自然·通訊》上。
總編輯圈點(diǎn)
像肉體一樣柔軟的電子元件，是科幻電影中未來機(jī)器人的“標(biāo)配”，但現(xiàn)實(shí)中遲遲沒有對應(yīng)物。本次美、韓、中三國科學(xué)家聯(lián)手開發(fā)的新材料，結(jié)合了高分子材料和液態(tài)金屬的奇異性質(zhì)，終于把“有智慧的人造肉體”帶到人間。它好比一塊任人揉捏的高級“橡皮泥”。估計(jì)在不遠(yuǎn)的未來，“硬件”這個(gè)詞會(huì)顯得越發(fā)過時(shí)——電腦將不再是一堆大小立方體的嵌套，而變得“機(jī)無定形”，變成人們想要它變成的樣子。
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