Исследователи из Китая изготовили новый гибридный проводящий материал — отчасти эластичный полимер, отчасти жидкий металл — который можно сгибать и растягивать по желанию. Схемы, изготовленные с помощью этого материала, могут принимать большинство двумерных форм, а также они нетоксичны.
«Это первая гибкая электроника, которая одновременно обладает высокой проводимостью и растяжимостью, полностью биосовместима и может быть легко изготовлена по размерам с точностью до микро-характеристик», — говорит ведущий автор исследования Синь Цзян, профессор Национального центра нанонауки и технологии. «Мы полагаем, что они будут иметь широкое применение как в носимой электронике, так и в имплантируемых изделиях».
Материал, который исследователи создали, называется металл-полимерный проводник (MPC), называемым так благодаря тому, что он представляет собой комбинацию из двух компонентов с очень разными, но в равной степени необходимыми свойствами. Металлы в этом случае не часто используемые проводящие твердые вещества, такие как медь, серебро или золото, а скорее галлий и индий, которые находятся в состоянии густой сиропообразной жидкости, и, тем не менее, обеспечивают поток электричества. Исследователи обнаружили, что внедрение каплей этой жидкой смеси металлов в поддерживающую сеть из силиконового полимера дает механически упругий материал с достаточной проводимостью для поддержки рабочих схем.
При близком рассмотрении, структуру металл-полимерного проводника можно сравнить с круглыми жидкими металлическими островками, плавающими в море полимера, с покровом из жидкого металла снизу для обеспечения полноценной проводимости. Исследователи успешно опробовали различные составы такого проводника в различных областях применения, в том числе в датчиках на клавиатурах-перчатках и в качестве электродов для стимуляции прохождения ДНК через мембраны живых клеток.
«Области применения металл-полимерного проводника зависит от полимеров», — утверждает один из исследователей. «Мы используем сверхэластичные полимеры для создания металл-полимерных проводников для растяжимых схем. Мы используем биосовместимые и биоразлагаемые полимеры, когда нам нужны металл-полимерные проводники для имплантируемых устройств. В будущем мы могли бы даже создавать мягких роботов путем объединения электроактивных полимеров».
В принципе, как заявляют авторы, их метод изготовления металл-полимерного проводника, который включает сетко-графический метод и микрожидкостное структурирование, может быть приспособлен как к любой двумерной геометрии, так и к различным толщинам и электрическим свойствам в зависимости от концентрации жидких металлических чернил, подлежащих распылению. Эта универсальность может непосредственно привести к желанным биомедицинским применениям, таким как гибкие патчи для обнаружения и облегчения сердечных заболеваний.
«Мы хотели разработать биосовместимые материалы, которые можно было бы использовать для создания пригодных для носки или имплантируемых устройств для диагностики и лечения болезней без ущерба для качества жизни, и мы считаем, что это первый шаг к изменению способа борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями и другими заболеваниями», — делятся исследователи.
