研究人员工作的艺术概念图像，显示2D夹层使金属薄膜延迟/曲折破裂，以及金属-2D互连器集成柔性发光器件的图像。功劳:Cho等人柔性电极是导电的电子元件，对于包括智能手表、健身追踪器和健康监测设备在内的众多可穿戴技术的发展至关重要。理想情况下，可穿戴设备内部的电极在拉伸或变形时应保持其电导。迄今为止开发的许多柔性电极是由放置在弹性基底上的金属薄膜制成的。虽然这些电极中的一些是柔性的并且导电良好，但是有时金属膜会断裂，这可能导致突然断电。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员最近引入了一种新的设计，这种设计可以开发出具有应变弹性的柔性电极，即使在拉伸或变形时也能很好地导电。发表在《自然电子》杂志上的一篇论文概述了这种设计，包括引入一个薄的二维夹层，这降低了断裂的风险，并保留了金属薄膜的电连接。
开展这项研究的研究人员之一SungWoo Nam在接受TechXplore采访时表示:“我们有兴趣解决柔性电极意外完全断电这一尚未解决的挑战，这种情况通常在使用过程中不可避免的机械断裂开始后观察到，这严重限制了柔性/可穿戴电子设备的功能寿命。“我们的工作首次显示了金属薄膜本身随应变而伸长的电导(称为‘电延展性’，类似于机械延展性，它描述了变形随应变而伸长的情况)，这是通过改变金属薄膜及其下面的二维夹层的断裂行为实现的。”
Nam和他的同事发现，在薄膜金属电极中插入原子级薄的二维夹层，如石墨烯，可以降低断裂的风险，并提高电极在不同程度的应变下导电的能力，他们称之为电延展性。这是因为二维材料中强和弱的范德瓦尔斯相互作用会引起独特的弯曲变形，从而延迟对电极金属薄膜的损伤。
Nam说:“由此产生的金属薄膜的‘受控’开裂能够显著增强/稳固导电。“我们的二维夹层方法并不局限于金属和二维材料的某些组合，而是强调了不同的实用策略，以增强当前可穿戴电子应用中使用的各种金属基元件的机电可靠性，这可能会对可穿戴电子行业产生积极影响。”
Nam和他的同事介绍的设计可以应用于各种基于薄金属膜的电极。在他们的研究中，研究人员证明了他们的方法的可行性，用它来制造一种柔性电致发光二极管(LED)设备。值得注意的是，他们发现他们的策略可以显著提高常用电极在多模态变形下的机电鲁棒性(即，其电阻降低了几个数量级，并且具有扩展的稳定电阻区域)。
在未来，这项工作可能会对新电子产品的发展产生重大影响。更具体地说，他们的新电极设计可以用来制造各种更具抵抗力、性能更好的可穿戴设备。
Nam说:“从事柔性/可穿戴电子产品的人可能会对我们的发现特别感兴趣，这些电子产品具有基于金属薄膜的电子元件，例如柔性电极和互连。“我们有兴趣将我们的概念扩展到各种其他导电材料，并研究我们方法的可扩展性及其对柔性/可穿戴电子设备的潜在影响。”
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