黑科技!新型电子皮肤,可自行修复可循环利用
2018/02/13
相信很多人都看过电影《终结者》,里面有个场景,大BOSS被枪击后,皮肤竟然几秒钟就能痊愈如初。如今,这项“黑科技”几乎已变成现实,虽然没有电影里那般玄幻,但科学家发明的这种“电子皮肤”可塑性好,能够自我修复且完全可回收。

图片来源:Jianliang Xiao / University of Colorado Boulder

皮肤作为人体最大的器官,不仅保护着我们的内部组织和器官,还提供了温度的感觉、压力、振动和触觉。受到天然皮肤创面愈合能力的启发,科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)的研究人员找到了可治愈的电子皮肤。相关论文发表在《Science Advances》杂志上。

电子皮肤(e-skin),是一种薄的半透明材料,可以模拟人的皮肤功能和机械性能。随着研究人员在医学、科学和工程等不同领域认识到它的价值,世界各地的实验室正在开发多种不同类型和尺寸的可穿戴电子皮肤。

这项研究的负责人、CU Boulder化学副教授Jianliang Xiao和生物化学副教授Wei Zhang介绍说,他们研发新的电子皮肤具有测量压力、温度、湿度和气流的传感器。此外还有几个独特的特性,包括通过强大的共价键连接动态网络聚合物(聚酰亚胺),结合银纳米粒子,可以提供更好的机械强度、化学稳定性和导电性。

“这里的独特之处在于,我们使用的聚酰亚胺的化学键允许电子皮肤在室温下进行自我修复和完全可回收,”Xiao说,“鉴于全球每年产生数百万吨的电子垃圾,我们电子皮肤的可回收将带来良好的经济和环境意义。”


DOI: 10.1126/sciadv.aaq0508

这款新型电子皮肤的另一个好处是,它可以很容易地适用于人体手臂和机器人手等弯曲表面,在不引入过度引力的情况下,施加适当的热量和压力。

“假设你想要一个机器人照顾一个孩子,” Zhang说, “在这种情况下,你可以将电子皮肤整合到可以感受到宝宝压力的机器人手指上。”

研究人员还实现了电子皮肤的循环使用,通过将设备浸入回收溶液中,使聚合物降解成低聚物(聚合度通常低于10的聚合物)和可溶于乙醇的单体(可以连接成聚合物的小分子),银纳米粒子会沉入溶液的底部。Xiao说,再循环溶液和银纳米粒子可以用来制造新的功能性电子皮肤。

这款新型电子皮肤因其可塑性、可修复性以及可回收,预计将在机器人、假肢、健康监测和生物医学设备上广泛应用。

参考资料

New malleable 'electronic skin' self-healable, recyclable

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  • Rehealable, fully recyclable, and malleable electronic skin enabled by dynamic covalent thermoset nanocomposite

    Electronic skin (e-skin) mimicking functionalities and mechanical properties of natural skin can find broad applications. We report the first dynamic covalent thermoset-based e-skin, which is connected through robust covalent bonds, rendering the resulting devices good chemical and thermal stability at service condition. By doping the dynamic covalent thermoset with conductive silver nanoparticles, we demonstrate a robust yet rehealable, fully recyclable, and malleable e-skin. Tactile, temperature, flow, and humidity sensing capabilities are realized. The e-skin can be rehealed when it is damaged and can be fully recycled at room temperature, which has rarely, if at all, been demonstrated for e-skin. After rehealing or recycling, the e-skin regains mechanical and electrical properties comparable to the original e-skin. In addition, malleability enables the e-skin to permanently conform to complex, curved surfaces without introducing excessive interfacial stresses. These properties of the e-skin yield an economical and eco-friendly technology that can find broad applications in robotics, prosthetics, health care, and human-computer interface.

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