优柔电极材料让可穿戴电子设备不再僵硬

图为基于柔性电极材料开拓的可穿着电子设备。
AI制图

优柔弹性电极材料的涌现为这一困境带来了转机。
日前，美国加州大学圣迭戈分校科学家在《科学·机器人》期刊揭橥一项最新科研成果，一种由既导电又可拉伸的聚合物电极材料开拓的可穿着电子设备，不会增加佩戴者的不适感。

传统的电极材料，如金属和刚性无机化合物，虽然在导电性方面表现出色，但它们的机器性能无法知足可穿着设备的需求。
人体皮肤优柔且具有弹性，而僵硬的电极材料无法与皮肤紧密贴合，从而导致旗子暗记采集不准确和不稳定。
这对付依赖精确生物旗子暗记监测的可穿着设备，如心率监测器和血糖仪，是一个严厉的磨练。

为理解决传统电极材料的局限性，科学家们致力于研发各种优柔弹性电极材料。
目前，紧张的优柔弹性电极材料包括导电聚合物和碳纳米材料，如石墨烯和碳纳米管。

导电聚合物具有良好的柔韧性和可加工性，其电导率可以通过化学掺杂或构造设计进行调控。
例如，聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物，在拉伸和波折状态下仍能保持较好的导电性，并可通过溶液加工的方法制备成薄膜或纤维，适用于大面积可穿着电子设备。

作为碳纳米材料的代表，石墨烯和碳纳米管具有精良的导电性、机器强度和柔韧性。
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有极高的载流子迁移率和出色的柔韧性；碳纳米管则是一维的纳米材料，长径频年夜，能在波折和拉伸时保持良好的导电性能。
科研职员将这些碳纳米材料与聚合物复合，可制备出高性能的优柔弹性电极。

制备优柔弹性电极材料的方法多种多样。
化学合成法是制备导电聚合物的常用方法，通过掌握反应条件和反应物的比例，可以精确地合成具有特定构造和性能的优柔弹性电极材料。
例如，在合成导电聚合物时，可通过调度掺杂剂的种类和浓度来优化其导电性和柔韧性。
溶液加工法是一种大略、低本钱，且易于大规模生产的方法。
例如，科研职员将导电聚合物溶解在适当的溶剂中，通过旋涂、喷墨打印或丝网印刷等办法，可将其制备成薄膜或图案。
同样，碳纳米管和石墨烯也可以通过溶液加工法制备成优柔弹性电极。

优柔弹性电极材料的涌现为可穿着电子设备带来了广泛的运用前景。
在康健监测领域，优柔弹性电极可集成到智好手环、智能贴片和智能衣物中，实时监测心率、血压、血糖、体温等生理参数。
这些电极能紧密贴合皮肤，准确采集生物旗子暗记，为医疗诊断和康健管理供应可靠的数据支持。
在运动追踪方面，可穿着设备中的优柔弹性电极，可以监测运动员的动作、姿势和肌肉活动，帮助他们优化演习方案，提高运动表现，同时降落受伤的风险。
在人机交互领域，优柔弹性电极材料可运用于智好手套、智能表带等设备，实现更加自然和直不雅观的操作办法。
例如，通过检测手指的波折和触摸动作，优柔弹性电极材料可实现对电子设备的掌握。
此外，它们还可用于能量网络和存储设备，如柔性太阳能电池和超级电容器，为可穿着设备供应持续的能源供应。

未来，优柔弹性电极材料将不断创新和完善，使可穿着电子设备变得更加轻薄、舒适、智能和多功能。
它们不仅仅是我们生活中的赞助工具，更有可能成为我们身体的一部分，为人们的康健、事情和娱乐带来前所未有的便利和体验。

（作者李传福系华中科技大学绿色能源工业研究中央工程师、英国皇家化学会会员）

来源丨科普时报