[發明專利]基于直立納米線的彈性導體

在審

• 申請號: 201880037962.0
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN111132926A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 程文龍;喬治·P·西蒙;王彥
• 申請（專利權）人: 莫納什大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y15/00;B82Y10/00;B82Y40/00;H01L29/40
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 程鋼

一種彈性導體，包括：彈性體襯底，和納米線陣列，其中所述納米線相對于所述襯底的表面是豎直的。

技術領域

本發明涉及彈性導體和其制造的領域。

在一個形式中，本發明涉及適合于用作傳感器的可變形膜。

在一個特定方面，本發明適合于在范圍從機器人上的電子皮膚到可佩戴健康監控器的廣泛范圍的技術和應用中使用。

將方便的是，下文關于人類生物參數的測量來描述本發明，然而，應了解，本發明不僅限于那個用途，且可應用于廣泛范圍的醫療(包括獸醫)及非醫療用途，包括工業用途。

背景技術

應了解，包括在本說明書中的文件、裝置、動作或知識的任何論述以解釋本發明的上下文。另外，貫穿本說明書的論述是歸因于發明人的認識和/或發明人對某些相關技術問題的識別而發生。此外，包括在本說明書中的諸如文件、裝置、動作或知識的任何論述以按發明人的知識和經驗來解釋本發明的上下文，且因此，不應將任何此論述看作承認在本文中的公開內容和權利要求書的優先權日期之時或之前，任何材料形成在澳大利亞或其它地方的現有技術基礎的部分或相關技術中的常識。

軟電子器件需要伸展性與傳導性的無縫組合，這可外在地(例如，通過連續金屬膜的膨脹設計)或內在地(例如，通過使用納米材料)達成。前者是通過設計伸展的結構來達成，且后者是通過設計伸展的新穎材料來實現。任一策略涉及軟/硬材料界面的設計，歸因于材料不匹配，其傾向于失敗地導致分層和/或裂縫。包括金屬、半導體、碳和傳導聚合物的活性材料的楊氏模數典型地比彈性體聚合物或皮膚的楊氏模數高幾個數量級。

前述問題可通過使用基于液體的活性材料(諸如，鎵-銦合金或離子液體)來規避。然而，基于液體的系統典型地需要通道中的封裝，從而防止其在第二皮膚狀薄的可佩戴和可植入裝置中使用。此外，高的表面張力和不良傳導性也位列限制當中。創造下一代電子裝置將需要引入新的特征，包括內在伸展性、自修復、生物降解性、不可見性、超薄和容易大規模處理技術。

具有內在伸展性的傳導性材料是用于多個應用中的可伸展電子器件的理想潛在候選者，諸如，軟機器人、生物醫療/可植入裝置、可伸展發光顯示器和其它曲線系統需要具有在寬泛拉伸應變的范圍上的高且可逆傳導性的材料。舉例來說，電子皮膚(e皮膚)是以一或多種方式模仿人類皮膚的性質中的一些(諸如，其對壓力和溫度的敏感性)的新類別的先進材料。電子皮膚必須薄、可伸展且足夠穩固，使得其可被按壓、彎曲、扭轉和伸展，同時維持杰出的光電子響應，且將為未來可佩戴電子器件中的關鍵組件。電子皮膚在其在類人機器人、保健、可佩戴電子器件和生物醫療監控中的應用中正在迅速發展。許多現有技術電子皮膚是通過將材料層壓在一起以制作具有所要的性質的超伸展性電子器件來創造。

此類材料和裝置原則上具有不需要復雜結構工程設計或光刻的優勢。內在可伸展導體的最為熟知的實例是在軟材料中封裝的液體金屬(例如，鎵銦合金)(Joshipura等人，材料化學期刊C 3，3834-3841(2015)；Zhu等人，先進功能材料23，2308-2314(2013)；Mohammed和Kramer，先進功能材料23，2308-2314(2013))。然而，自發地在這些液體的表面上形成的高表面張力且鈍化氧化物皮膚阻礙其在常規技術中的應用。此外，離子導體也已經用于內在可伸展傳導性組件，但罹患不良的傳導性(Keplinger等人，科學341，984-987(2013)；Ma等人，ACS傳感器1，303-311(2016))。

在另一實例中，WO 2014/165908(Cheng等人)描述一種用于在感測物理力時使用的裝置，包括第一支撐層、涂布有超薄傳導性層(諸如，納米粒子、納米線或納米繩)的柔性層、集電器和第二支撐層。然而，所述裝置可僅執行壓力感測，因為需要施加壓力來使超薄層與電極接觸。

現有彈性導體可外在地(例如，通過連續金屬膜的膨脹設計)或內在地(例如，通過使用納米材料)達成。任一策略罹患當經受高和/或重復性應變時在軟/硬材料界面處有分層和/或裂縫的缺點，這限制了當前系統的長期耐久性。