近年來(lái)，柔性電子材料的發(fā)展非常迅速，可用于表皮電子和可植入電子器件、可穿戴設(shè)備、新型能源系統(tǒng)、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域。
然而，柔性電子材料的轉(zhuǎn)移制約著柔性電子技術(shù)的發(fā)展。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移方法需要使用一個(gè)印章（stamp）將已制備的柔性電子材料或器件從襯底轉(zhuǎn)移到印章上，然后再轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)襯底上，或直接把軟印章材料作為襯底?？衫祀娮悠骷ǔＰ枰捎密浺r底。使用軟印章（常見(jiàn)的材料為PDMS和Ecoflex等硅橡膠彈性體等）轉(zhuǎn)移時(shí)，由于印章材料很軟，因此在它與襯底剝離的界面上會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)變，有可能會(huì)超過(guò)柔性電子材料的拉伸極限，進(jìn)而導(dǎo)致該柔性電子材料的結(jié)構(gòu)被破壞而失去其功能（圖1）。使用硬印章轉(zhuǎn)移的方法則可有效地避免該問(wèn)題，但是硬基底并不能用于可拉伸電子技術(shù)。如何解決這一矛盾是柔性電子材料和柔性電子器件轉(zhuǎn)移的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
近日，南方科技大學(xué)郭傳飛課題組通過(guò)調(diào)控印章材料剛度的方法成功地解決了該問(wèn)題——轉(zhuǎn)移時(shí)，使印章保持很高的剛度，減少轉(zhuǎn)移過(guò)程中電子器件中承受的應(yīng)變；轉(zhuǎn)移完之后，再把印章材料軟化，直接作為可拉伸襯底。他們采用了一種剛度可變、鈣離子摻雜的絲素蛋白材料作為印章。絲素蛋白是蠶繭去除絲膠后留下的天然蛋白，它在不同相對(duì)濕度下有著非常大的可變剛度范圍，楊氏模量可從134 KPa變化至1.84 GPa，對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度分別為84%和33%。具體的策略是：在低濕度條件下（RH在33%-49%范圍，印章材料的彈性模量保持在100 MPa至1.84 GPa）進(jìn)行柔性電子材料的轉(zhuǎn)移；剝離后再把絲素蛋白置于高濕度的環(huán)境中，使它發(fā)生軟化，其彈性模量降為0.1 MPa至2 MPa，和皮膚相當(dāng)，可直接用作表皮電極（圖2）。得益于絲蛋白表皮電極與皮膚良好的力學(xué)匹配，它可以與皮膚的紋理完美融合，除了具有良好的可拉伸性能之外，它比常用的Ag-AgCl商用凝膠電極有更低的界面阻抗和更高信噪比的肌電信號(hào)（EMG）。此外，該表皮電極在人體皮膚上貼附10天后沒(méi)有產(chǎn)生明顯的不良反應(yīng)。通常，將柔性電子材料和器件轉(zhuǎn)移到人體皮膚或其它非平面粗糙表面是非常困難的，而本工作卻提供了一種簡(jiǎn)單易行的新思路和新方法。
該工作近日在線發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上（Adv. Funct. Mater. 2020, 2001518）。郭傳飛副教授為論文唯一通訊作者，南方科技大學(xué)為第一單位和通訊單位。論文第一作者為課題組研究助理黃俊，他也是課題組畢業(yè)的2019屆碩士生，課題組博士后王柳對(duì)該工作的力學(xué)計(jì)算方面做出重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省珠江人才計(jì)劃創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)、深圳市基礎(chǔ)研究學(xué)科布局等項(xiàng)目的支持。
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