前沿科技之電子皮膚”問世 能夠感受到外部觸摸

掃街

據(jù)國外媒體報(bào)道，美研究人員利用碳納米管溶液成功研制柔軟有彈性的“電子皮膚”，該電子皮膚傳感器能夠感受到觸摸的感覺，靈敏度是以前的納米絲為基礎(chǔ)的電子皮膚的三倍。此技術(shù)使科學(xué)家未來有望制造成本低廉的柔軟而有彈性的智能型塑料電子設(shè)備。
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& a* K0 f8 R* a0 ?3 q5 O 許多行業(yè)都希望創(chuàng)造出柔軟而有彈性的電子產(chǎn)品，但要制造這類設(shè)備，首先要有合適的底板。如果將電子電路壓印在柔韌和有彈性的底板上，將徹底改變一些行業(yè)，并使“智能設(shè)備”無處不在。其中已設(shè)想的應(yīng)用包括，可以檢測變質(zhì)與否的食品包裝；可以治療感染的醫(yī)用繃帶；可以監(jiān)視表面裂縫和其它結(jié)構(gòu)損壞的涂料；可以像紙一樣折疊起來的電子屏；從太陽能到起搏器，到服裝，這些智能應(yīng)用就是所謂的“塑料電子”：柔軟而有彈性。合適的底板必須以具有成本效益的方式大規(guī)模生產(chǎn)。
1 Y0 {8 u. q. F+ R$ s! Y3 p 美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的可行性技術(shù)，能以較低成本大規(guī)模地生產(chǎn)柔性底板。新技術(shù)利用半導(dǎo)體濃縮碳納米管溶液生成了具有優(yōu)良電屬性的薄膜晶體管網(wǎng)。研究人員用濃縮到99%的半導(dǎo)體單壁碳納米管溶液作底層，再結(jié)合一種高彈性的聚酰亞胺聚合物作基底，基底用激光切成邊長3.3毫米的六邊形蜂窩圖案，然后將硅和氧化鋁層沉積到基底上，底板就做成了。為了證明他們的碳納米管底板的效用，研究人員還制造了一個(gè)電子皮膚傳感器，能夠感受到觸摸的感覺。
加州大學(xué)伯克利分校的電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授阿里・杰維（Ali Javey）說：“我們研制了柔軟有彈性的底板，將完全鈍化、高度統(tǒng)一的薄膜晶體管陣列，均勻地覆蓋在約56平方厘米的底板上。這項(xiàng)技術(shù)再與金屬噴墨打印相結(jié)合，在未來可制造成本低廉的柔韌而有彈性的電子設(shè)備?！?font class="jammer">7 I) ]( ]. S. ~
隨著塑料電子產(chǎn)品的需求增加，過去十年中在這方面的研究和發(fā)展一直在緊鑼密鼓地進(jìn)行著。出現(xiàn)了單壁碳納米管，作為塑料電子產(chǎn)品的頂級(jí)半導(dǎo)體材料，主要是因?yàn)樗鼈兙哂辛鲃?dòng)性高的電子，可衡量一個(gè)半導(dǎo)體導(dǎo)電的速度有多快。然而，單壁碳納米管可以采取半導(dǎo)體或金屬的形式，一個(gè)典型的單壁碳納米管包括三分之二的半導(dǎo)體和三分之一的金屬管。這種混合產(chǎn)生的納米管網(wǎng)顯示比較低的開/關(guān)電流比率（on/off ratio ），這成為電子應(yīng)用領(lǐng)域的重大問題。此項(xiàng)研究報(bào)告的首席作者塔卡哈斯（Takahashi） 說：“在電子設(shè)備中，要求開/關(guān)電流比率越高越好，這樣傳感器的像素就越清晰。而99%的高純度提供了高達(dá)100的開/關(guān)電流比率?！?br /> ! N! `$ d7 O, W. h% R0 j 為了研制底板，該研究小組采用了單壁碳納米管的解決方案。高強(qiáng)度的聚合物具有卓越的柔韌靈活性，激光切割的基板，以及可拉伸的六邊形孔蜂窩圖案。塔卡哈斯說：“在某種程度上基板可以拉長60%。在未來，伸展性和方向性的程度，應(yīng)通過改變孔的大小或優(yōu)化網(wǎng)格設(shè)計(jì)的可調(diào)參數(shù)。”由此產(chǎn)生的單壁碳納米管薄膜晶體管底板被用來創(chuàng)建電子皮膚。電子皮膚由96個(gè)傳感器像素陣列組成，每個(gè)像素由一個(gè)單一的薄膜晶體管控制，能感知24平方厘米范圍的空間壓力分布。該電子皮膚可覺察0―15千帕的壓力。
; [- x% @+ a" B2 ^4 _; P 塔卡哈斯說：“該電子皮膚的靈敏度比該實(shí)驗(yàn)室去年研發(fā)的納米線電子皮膚傳感器提高了三倍，這是因?yàn)樘岣吡藛伪谔技{米管設(shè)備的靈敏度，在未來，我們應(yīng)該能夠提高我們的底板技術(shù)，通過添加各種傳感器或其它功能組件來拓展這種底板的應(yīng)用，有望研發(fā)多功能的人造皮膚。此外，單壁碳納米管的底板可用于研制柔性顯示器?！?font class="jammer">) C; M+ g( L' c- h* c

brianshao

小時(shí)候看鐵臂阿童木，開篇就講過這個(gè)技術(shù)，比預(yù)期的出現(xiàn)的晚了哈

kerrwang

感受前沿脈搏，謝謝掃街兄。