物理科技生物学-PHYICA

研究人员在可穿戴织物上印刷电路方面大原香织取得了重大进展

化学 2022-05-04 00:02:07

作者史蒂夫·伦德伯格,俄勒冈州立大学 钙钛矿结构

学分:OSU工程学院 由于俄勒冈州立大学研究人员的一项重大进展,让穿着者感到舒适温暖或凉爽的电子衬衫,以及输送药物、监测伤口状况和执行其他任务的医用织物,有朝一日可能会更有效地制造出来

这一突破涉及喷墨打印和近两个世纪前发现的晶体结构材料

其结果是能够在低加工温度下精确地将电路直接应用到布料上——这是一种很有前途的解决方案,可以解决长期以来性能和制造成本之间的权衡问题

俄勒冈州立大学的化学工程教授张志宏说:“为了制造可穿戴的电子纺织品,人们已经在将传感器、显示器、电源和逻辑电路集成到各种织物中方面付出了很多努力。”

“一个障碍是在布料上制造刚性装置,布料的表面既多孔又不均匀,这既繁琐又昂贵,需要大量的热量和能量,而且很难扩大规模

首先将设备放在固体上,然后将固体基底放在织物上,这也是有问题的——它限制了织物的柔韧性和耐磨性,并且可能需要对织物制造过程本身进行繁琐的改变

" Chang和他在工程学院和罗格斯大学的合作者解决了这些难题,他们开发了一种稳定的、可打印的墨水,这种墨水基于二元金属碘化物盐,可以热转化为铯、锡和碘的致密化合物

得到的Cs2SnI6薄膜具有使其成为钙钛矿的晶体结构

钙钛矿的起源可以追溯到很久以前一位德国矿物学家的发现

1839年,在乌拉尔山脉,古斯塔夫·罗斯偶然发现了一种钙钛氧化物,具有迷人的晶体结构,并以俄罗斯贵族列夫·佩罗夫斯基的名字命名

钙钛矿现在指的是一系列共享原始晶格的材料

2009年,日本科学家高桥努·宫坂发现一些钙钛矿是有效的光吸收剂后,人们对它们的兴趣开始增加

基于金属和卤素(如碘)的钙钛矿结构材料是半导体,是大多数电路的重要组成部分

多亏了钙钛矿薄膜,张的团队能够在低至120摄氏度(仅比水的沸点高20度)的温度下,将负温度系数热敏电阻直接印刷到纺织聚酯上

热敏电阻是一种被称为电阻器的电子元件,它控制进入电路的电流量

热敏电阻是电阻随温度而变的电阻,这项研究涉及负温度系数热敏电阻——它们的电阻随着温度的升高而降低

“在标准电阻器中,由热引起的电阻变化通常不是一件好事,但这种效应在许多温度检测电路中是有用的,”常说

“NTC热敏电阻可用于几乎任何类型的温度起作用的设备

即使是很小的温度变化也会导致电阻的很大变化,这使得它们非常适合精确的温度测量和控制

" 张说,这项研究包括工程学院的和亚历克斯·科塞克,以及罗格斯大学的穆罕默德·纳伊姆·贾汉吉尔和拉吉夫·马尔霍特拉,研究表明,在现有最先进的制造商使用的一半温度下,可以在织物上直接制造高性能的NTC热敏电阻

“除了需要更多的能量之外,更高的温度还会造成许多织物的兼容性问题,”他说

“我们墨水的简单性、工艺的可扩展性和热敏电阻的性能都是可穿戴电子纺织品未来的发展方向

" 研究结果发表在《高级功能材料》上

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