包头化工机械网

当前的位置是:主页 >> 化工仪器

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极

时间:2021-06-28 来源网站:包头化工机械网

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极

研究背景

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极超薄,可拉伸和透气的表皮电子设备由于具有独特的贴身皮肤和亲肤功能,因此对于可穿戴和植入式健康监测设备具有重要意义。然而,厚度为微米至毫米的平面基板的透气性差,再加上现有的繁琐且昂贵的制造方法,严重限制了高性能表皮电子设备的实现。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极创新点电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院Ting Zhang课题组提出了一种新颖的气泡吹塑方法来制造150 nm厚,可拉伸(62%),高透气和高透明的表皮电极。基于可自支撑的热塑性弹性体(TPE)纳米膜超薄表皮电极可以顺应性地附着在人的皮肤上,用于高质量的肌电信号记录。此外,该设备还被证明是一种仿生电子鼓膜(振动传感器),可在0–22000 Hz宽频范围内以超高灵敏度(969.3 kPa-1)和高信噪比(最大51 dB)检测声音。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极文章解析电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极图1:独立式TPE纳米膜的制备和性能表征。a)独立的TPE纳米膜制造过程的示意图。b)90-nm厚的TPE纳米膜在300-1800 nm波长范围内的透射光谱。插图:光学照片,显示TPE纳米膜的高透明度。c)转移到多孔AAO滤膜上的TPE纳米膜的侧视图SEM图像。d)90nm厚的TPE膜的应变-应力曲线。插图:(d)中部分应力应变曲线的放大图。红色虚线是线性拟合,给出的杨氏模量为50.10 kPa。e–g)光学照片显示TPE纳米膜在不同酸碱溶液的压力下拉伸12小时后没有破裂:e)强酸(pH = 0),f)水滴(pH = 7)和g)强碱(pH = 14)。h,i)TPE膜的厚度与TPE /环己烷溶液浓度和注入气体体积的关系。j)未密封或未用各种厚度的TPE膜密封的开瓶的水蒸气透过率。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极图2:制备的AgNW-TPE电极的性能。a)光学照片,显示了放在A4纸上的超薄设备,上面印有英文缩写“ SINANO”。b)覆盖有AgNW功能层的TPE纳米膜的SEM图像。c)器件在300–1800 nm波长范围内的透射光谱。d)设备的AgNW功能层的AFM地形图。扫描范围是30 μm×20 μm。e)对应于(d)中所示的不同线扫描(a–b,c–d和e–f)的高度轮廓。f)从皮肤表面剥离的各种基材厚度的器械剥离强度。g–i)层压在人体皮肤上的超薄设备的逐步放大图。

视频1:无运动伪影。

视频2:肌电信号。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极图3:用于人类肌电图记录的超薄生物电势电极。a)层压在15%预拉伸弹性体上的超薄生物电极的相对电阻变化作为应变的函数。插图:形成的皱纹结构的SEM图像。b)超薄AgNW-TPE电极和Ag / AgCl凝胶电极的皮肤/电极界面阻抗随频率的变化。c)比较超薄AgNW-TPE电极和Ag / AgCl凝胶电极的水蒸气透过率。d)Ag / AgCl凝胶电极和超薄AgNW-TPE电极记录的肌肉收缩和休息的肌电图信号。e)用Ag / AgCl凝胶电极(左)和超薄AgNW-TPE电极(右)测量的肌电图信号的能谱分析。f)从人前臂上剥离Ag / AgCl凝胶电极和超薄AgNW-TPE电极的光学照片。插图:代表照片,显示去除电极后皮肤发炎。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极表1:迄今为止报道的电生理传感器的性能和制造过程的总结。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极图4:用于人体声音检测的超薄振动传感器。a)模仿鼓膜功能的超薄振动传感器的示意图。b)传感器根据施加的声压(压力输入频率:50 Hz)产生的相对电阻变化。红线是线性拟合,得出969.3 kPa-1的灵敏度。c)在100到22000 Hz的各种频率下,传感器的SNR。d)22000 Hz纯音符的频谱图。e)以不同的音量(100%,80%,60%,40%和20%)对不同频率(从“ Do”到“ Xi”)的七个纯音符的抵抗响应曲线。f)将名为“月光湾”的钢琴音乐输入到传感器。上面板显示了传感器信号和原始音乐波形之间的比较。底部面板显示了由20–22 050 Hz带通滤波器处理的传感器信号与原始音乐波之间的比较。g,h)当一个人(g)说不同的英语单词或短语,并且(h)重复相同的英语短语3次时,传感器的实时电压响应。

电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极读后感电子皮肤-基于气泡吹塑法的超薄,可伸缩和透气的表皮电极超薄高韧性薄膜一直是电子皮肤的极致追求。虽然本文没有在高影响因子上发表,但是文章的创新性和质量真的值得一篇Nat. Comm级别,在此特地报道以飨读者。与开发一种新材料不同,作者采用一种简便,可控且快速的气泡吹制方法来制造自支撑的聚氨酯纳米膜。该纳米膜具有很高的光学透明性,可拉伸性,化学耐久性和透气性,使其成为超薄皮肤电子设备的理想基材。由AgNW-TPE杂化膜组成的表皮装置具有出色的拉伸性和皮肤贴合性,不仅在准确记录非平稳的EMG信号方面表现出卓越的性能,而且还改善了透气性,出色的透明度和柔和度与Ag / AgCl凝胶电极相比的剥离强度。此外,还提出了具有超高灵敏度,宽工作频率范围和高SNR的超薄独立式振动传感器。这项研究为将来的许多应用铺平了道路,例如适形的可穿戴医疗设备,人机界面以及可植入的声学设备。