东南大学赵远锦教授课题组在电子皮肤研究方面取得重要进展

随着可穿戴设备的兴起和普及，研究人员对柔性电子的研究不断深入。其中，柔软、可拉伸的导体就像血管网络一样能够在整个柔性电子器件中传导电子，是柔性电子的重要组成部分。受自然界中植物螺旋藤蔓的启发，东南大学赵远锦团队基于微流控纺丝系统，一步制备出包裹离子液体的仿生螺旋藤蔓微导线。这种柔软的微导线经过进一步的排列可以包裹在柔性薄膜中，如皮肤般贴附在人体表面，可在不同部位不同幅度的运动中依然保持较为稳定的导电性（图1）。

图1 用于构建柔性导电薄膜的微型弹簧制备示意图

本文中，研究团队首次将导电流体与微流控结合，使用共轴组装的玻璃毛细管微流控装置一步制备壳层为聚偏氟乙烯（PVDF），内部包裹有离子液体1-乙基-3-甲基四氟硼酸咪唑（EMIMBF4）的螺旋纤维。由于螺旋纤维的形貌能够通过微流控制备过程中的流体流速控制进行调节，可以简单的制备出具有不同螺距的微型导线。而将制备所得的导线包裹在具有良好拉伸特性的透明硅胶薄膜中，可以构建简单的柔性导电薄膜。包裹不同螺距导线的薄膜在拉伸过程中具有不同的电阻变化特性，并且呈现出纤维螺距越小电阻变化越小的趋势。这种薄膜材料还具有良好的重复使用特性，在多次的拉伸形变中依然能够保持良好的形态和稳定的电阻变化（图2）。

图2 柔性导电薄膜的制备及拉伸导电性能表征

进一步地，这种柔性导电薄膜在实际应用中也能对于不同身体部位的活动有所响应（图3）。当手指、手腕和手肘弯曲不同程度时，柔性薄膜的电阻在保持整体稳定的同时会随运动出现极小范围内不同程度的变化。这种特性使制备所得导电薄膜在运动时依然保持稳定的电子传导，在对于灵敏度有较高要求的系统中减小背景信号的干扰，从而具有很大的实际应用前景。

图3 包裹导电微型弹簧的薄膜在不同身体部位活动中的实时电阻变化

该研究的最大意义在于，将导电流体与微流控制备纤维技术相结合，所得的导电微型弹簧在不同形变情况下保持较小的电阻变化，对于导电材料在微流控系统的使用和纤维材料在电子皮肤方面的应用都有着重要的启发。

参考文献：Yunru Yu, Jiahui Guo, Lingyu Sun, Xiaoxuan Zhang, Yuanjin Zhao.Microfluidic Generation of Microsprings with Ionic Liquid Encapsulation for Flexible Electronics. Research 2019, DOI: 10.34133/2019/6906275.