深圳先進院研發(fā)出一種具有低成本、可印刷、高電導率等功能特性的柔性可拉伸導電材料

近日，中國科學院深圳先進技術研究院先進材料研究中心汪正平院士與孫蓉研究員領導的先進電子封裝材料科研團隊成功研發(fā)出一種具有低成本、可印刷、高電導率等功能特性的柔性可拉伸導電材料，并成功應用于柔性應變傳感器實現(xiàn)對人體運動行為的實時監(jiān)測。研究成果A Low-Cost, Printable, and Stretchable Strain Sensor Based on Highly Conductive Elastic Composites with Tunable Sensitivity for Human Motion Monitoring（基于高導電彈性復合材料的低成本、可印刷、可拉伸及靈敏度可調的應變傳感器及其在人體運動行為監(jiān)測中的應用）在線發(fā)表在納米領域的核心期刊Nano Research（DOI: 10.1007/s12274-017-1811-0，IF=7.354）上。

具有高可拉伸性、寬應變范圍、高靈敏及良好可靠性的柔性應變傳感器在電子皮膚、人體運動行為監(jiān)測系統(tǒng)等領域具有廣闊應用前景。通常來說，高可拉伸性與高靈敏度是相互矛盾的，因為高可拉伸性需要合理的設計使傳感器在大應變時保持材料結構與形貌的完整，而高靈敏度往往要求在小應變時產(chǎn)生大量突然的結構變化。如何獲得高靈敏度與高可拉伸性，乃至高導電性之間的平衡仍是一個挑戰(zhàn)。

團隊成員胡友根博士、朱朋莉副研究員等在前期的雜化導電粒子可控制備與柔性導電復合材料的可印刷性研究等工作基礎上（Journal of Materials Chemistry C，2016，4，5839-5848），采用核殼結構聚合物微球表面包覆金屬銀的雜化導電粒子與聚二甲基硅氧烷復合，通過絲網(wǎng)印刷技術實現(xiàn)了柔性電路與柔性傳感器的大面積宏量簡易制備，有效降低了導電復合材料中貴金屬的實際填充量并保持較高的電導率，同時導電填料的球形結構有利于改善導電漿料的流變行為，提高了印刷適應性。在銀含量僅約為36.7 wt%時制備的傳感器表現(xiàn)出高電導率（1.65 × 104S/m）、寬應變范圍（＞80%）、高靈敏度（6.0～78.6）、低電阻過沖（＜15%）及優(yōu)異的長期濕熱穩(wěn)定性（1750 h）。此外，通過對雜化導電粒子填充量的控制可進一步對傳感器的導電性能、機械性能及應變傳感性能等進行調控。基于上述良好的綜合性能，該導電彈性復合材料成功應用在可拉伸電極、柔性精細印刷線路及人體運動行為監(jiān)測傳感器等方面，充分展示了其在柔性可穿戴電子領域的良好應用價值。該研究成果為低成本柔性可印刷導電材料及柔性應變傳感器的開發(fā)提供了一種有效的技術和參考。

該項目得到國家重點研發(fā)專項、國家自然科學基金、廣東省高密度電子封裝關鍵材料重點實驗室、中科院深圳先進院優(yōu)秀青年創(chuàng)新基金等項目支持。

導電復合材料的機械柔性與可印刷性演示及其在柔性印刷電路與對人體運動行為監(jiān)測領域的應用