背景
可拉伸電路不僅在可穿戴/可植入設備、軟機器人和人機介面中具有巨大潛力，而且有望實現無縫的人機介面，有望通過使用先進的監視和治療設備極大地改善人們的生活質量。
製造可拉伸導體一直是實現可拉伸電路的最重要部分之一，因為目前無法避免在功能電路中使用剛性電子元件，但由於軟導體和剛性電子設備之間缺乏可靠的連接，因此很少有可穿戴設備既可以高度集成又可以拉伸。
亮點
近期，國家納米科學中心/南方科技大學蔣興宇研究員報導了一種可伸縮的金屬-吸濕性聚合物導體（MHPC）。該導體能夠分泌與剛性電子形成穩定連接的液態金屬焊料，利用環境濕度的變化使其具有導電性並分泌焊料，從而為電子設備提供電連接，並使剛性電子設備穩定地連接在導體上。研究人員基於MHPC成功地創建了一個能夠貼合於皮膚的可拉伸集成設備，能夠感知血液中的氧飽和度、心率及溫度變化。
MHPC是通過對液態金屬和吸濕性聚合物溶液進行超聲處理製成的。如圖1所示，研究人員以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作為吸濕性聚合物，首先將PVP與己醇混合攪拌獲得PVP溶液；再將作為液態金屬的鎵銦合金和PVP溶液進行超聲以獲得MHPC油墨；隨後通過絲網印刷對MHPC進行圖案化處理，並調節濕度使MHPC具有導電性。
圖1. MHPC的製造過程
機械性能
如圖2所示，研究人員逐漸將MHPC拉伸至800％的應變，其仍然可以保持約1.0×105S/m的高電導率（初始電導率為6.9×105S/m），這與現有報導中具有最高拉伸性的導體相當。
隨後，研究人員將MHPC從0拉伸到50％的應變進行高達1000次的循環測試，可以看出MHPC的電阻幾乎穩定不變，而在相同條件下，已報導的基於銀薄片的彈性導體幾乎成為絕緣體。這表明MHPC具有極其出色的伸縮和穩定性。
圖2. MHPC的性能測試
拉伸性能
電子設備可以通過壓力與PCAT形成穩定的連接。研究人員將剛性電子設備與聚醯亞胺薄膜連接起來，以獲得電連接元件（ECE）並測試其拉伸性能。結果如圖3所示，包含一個LED的電路可以很容易地拉伸到300％的應變；包含LED陣列的電路拉伸至200％的應變時仍表現出色的導電性。
圖3. LED電路拉伸測試
應用性能
隨後，研究人員為了證明MHPC可以為集成電路提供穩定的連接，設計了通過MHPC連接的可伸縮血氧儀，並使用圖4所示的LED電路模擬血氧儀，通過施加應變測試變形期間LED的狀態。結果表明在150％的應變下，即使經過1000次循環，所有的ECE均能正常工作。這表明該可伸縮血氧儀能夠在150％的應變下保持穩定，可以適用於手腕、關節和膝蓋等身體最活躍的部位。
圖4. 可伸縮血氧儀性能測試
為了演示多層電路集成的可拉伸設備，研究人員基於MHPC製作了圖5所示的多層可拉伸設備。該集成的可拉伸系統是血氧儀的擴展，不僅包括血氧儀，而且還設計有應變傳感器和溫度傳感器，該設備在50％的應變下仍然具有很高的穩定性，顯然這已經超出了典型的皮膚應變。
圖5. 多層可拉伸設備圖
研究人員製作的可伸縮設備由於其良好的伸縮和穩定性，可直接附著在皮膚上並穿著舒適。如圖6所示，研究人員將其佩戴到手腕上，以監控皮膚張力和溫度。結果顯示在搖動手腕時顯示出良好的可重複性；溫度傳感器成功地檢測出當運動時溫度迅速升高，休息後溫度下降的過程。
圖6. 可伸縮的手腕檢測系統
本篇文章中，研究人員介紹了一種基於MHPC的可拉伸系統，克服了可伸縮設備中因變形而發生的連接故障，可用於製造高度可拉伸的多層電路。該技術能夠充分利用導體的可伸縮性，在無需更改原始布局的條件下直接將常規剛性電路轉換為可拉伸設備。我們相信這項技術在易受高溫和溶劑影響的可植入電子設備中具有巨大潛力，並將極大地推動可穿戴/可植入設備、軟機器人等領域的技術進步！
原文連結：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/c9mh01761e#!divAbstract
來源：高分子科學前沿
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