可拉伸电子

Abstract(#br)Stretching metallic conductors to large deformations while maintaining a low and constant electrical resistance is one of the main challenges in stretchable electronics technologies. Here, we report the conservation of conductivity for deformations of up to 100% in 80 and 500\u003cce:hsp sp=\"0.25\"/\u003enm thick gold films deposited on rough polydimethylsiloxane (PDMS) substrates. The roughness is produced by curing PDMS on sand-blasted or surface-etched masters.

可拉伸导体是软电子学中的关键部件之一，可使电子器件和传感器在弹性基板上无缝集成。其独特的机械柔韧性和可伸展性优势，使得各种可穿戴的生物电子器件能够适应曲面的皮肤表面，用于长期的健康监测应用。这里，我们报道了一种基于聚( 3，4 -乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐( PEDOT：PSS )的可拉伸聚合物共混物，该共混物可以采用喷墨打印工艺进行图形化，同时具有较低的方块电阻和容纳较大的机械变形。我们系统地研究了各种极性溶剂添加剂对PEDOT和PSS晶粒相分离的影响，通过促进PEDOT网络中电荷的跃迁，改变PEDOT链的构象，从而改善膜的电学性能。在原PEDOT：PSS水溶液中加入5wt %乙二醇可得到最优的油墨配方，其方块电阻可低至58Ω /□，将上述溶液与软聚合物聚环氧乙烷( PEO )共混也可得到弹性，喷墨打印成型的PEDOT：PSS / PEO聚合物共混薄膜方块电阻低至84Ω /□，可抵抗高达50 %的拉伸应变，电性能变化不大。由于其良好的导电性和弹性，我们进一步证明了在薄的聚二甲基硅氧烷( PDMS )衬底上使用聚合物共混作为可拉伸的互连线和可拉伸的干电极用于光电容积描记( PPG )和心电图( ECG )记录的应用。本工作展示了印刷型可拉伸导电聚合物在低成本可穿戴传感器贴片中用于智能健康应用的潜力。

人们展示了一种高度可靠的反向梯形结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )，以实现机械增强的非晶态铟镓氧化锌( a-IGZO )薄膜晶体管( TFTs )，用于皮肤兼容电子。有限元分析( FEA )模拟表明，与常规衬底相比，a-IGZO TFTs内部的应力可以得到有效的降低。基于该结果，采用常规光刻工艺，利用负光刻胶( NPR )实现反向梯形均质结构，简单易用的NPR光刻可实现高分辨率的图形化，从而获得大面积可扩展的器件结构。反向梯形结构PDMS上的a-IGZO TFT在10 V的漏极偏压下具有最大的饱和迁移率6.06 cm2V-1s-1，应变应力最小。因此，包括应力释放结构在内的a-IGZO TFT表现出较高的力学性能，在15 %应变下饱和迁移率变化在12 %以内，而PDMS上传统的平面a-IGZO TFT即使在1 %应变下也表现出超过10 %的迁移率变化，无法在2 %应变下工作。

软电子系统需要可伸缩、可打印的导体，用于软机器人、可穿戴技术和人机接口的应用。镓基室温液态金属( LMs )已成为很有前途的候选材料，最近液态金属嵌入弹性体( LMEEs )表现出了良好的性能，如应变时电导率稳定、循环耐久性和可图形化等。在此，我们提出了一种乙醇/聚二甲基硅氧烷/液态金属( EtOH / PDMS / LM )双乳液墨水，该墨水能够快速、可伸缩地打印出电导率高( 7.7×105S m-1 )、应变时电阻变化小、循环性能一致(超过1万次循环)的LM导体。载体溶剂EtOH因粘度低而被用来将油墨打印到有机硅基底上。PDMS驻留在EtOH / LM界面上，在沉积和EtOH蒸发时固化，从而将LM颗粒粘结在彼此和有机硅基底上。印制的PDMS-LM复合材料随后可被直接激光写入激活，形成高分辨率的导电通路。我们通过为可拉伸的电子电路创建错综复杂的电气互连来论证双乳液油墨的效用。本工作将激光辅助制造的速度、一致性和精度与PDMS-LM复合材料的印刷适性、高导电性、应变不敏感性和机械稳健性相结合，解锁高产率、高通量、高密度可拉伸电子。