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科學(xué)家造出可拉伸全透明離子導(dǎo)體

科學(xué)家造出可拉伸全透明離子導(dǎo)體

  美國(guó)哈佛大學(xué)一個(gè)研究小組29日宣布,他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中造出了可拉伸且全透明的離子導(dǎo)體,能在一萬(wàn)赫茲以上的頻率及一萬(wàn)伏以上的電壓下工作。這種離子導(dǎo)體在醫(yī)學(xué)、柔性機(jī)器人和柔性光學(xué)器件等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

  伸縮性導(dǎo)體可應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,成為業(yè)界研究熱點(diǎn)。但現(xiàn)有伸縮性導(dǎo)體大多是電子導(dǎo)體,盡管它們具有良好的導(dǎo)電性與拉伸性,但在高頻高壓或在高度變形的情況下工作,導(dǎo)電性能將受較大影響,此外透明度與生物相容性都不及離子導(dǎo)體。

  研究小組負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院鎖志剛教授在接受新華社記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō),他們用鹽水與高分子聚合物網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,做成水凝膠離子導(dǎo)體。在水凝膠里,水使離子導(dǎo)電,聚合物網(wǎng)絡(luò)提供固體形狀。“我們的水凝膠像果凍和涼粉,但是可拉伸性極強(qiáng),可拉伸5倍以上”。他們用水凝膠做了一系列器件,包括一個(gè)全透明大變形傳感器以及一個(gè)透明的揚(yáng)聲器,可放各種音量的音樂(lè)。

  對(duì)于這個(gè)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的成果,鎖志剛說(shuō),使用離子導(dǎo)體制作器件,通常會(huì)遇到兩個(gè)困難:一是高電壓會(huì)引起電化學(xué)反應(yīng),二是離子比電子大、重,移動(dòng)速度慢得多,造成離子導(dǎo)體的導(dǎo)電系數(shù)要比許多電子導(dǎo)體低很多。他們用絕緣橡膠解決了這兩個(gè)難題。

  鎖志剛解釋說(shuō),在他們的器件中,用絕緣橡膠夾在兩層離子導(dǎo)體之間,從而能控制電壓接口,杜絕了電化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)。與此同時(shí),橡膠層作為電容器,只要有很少量電荷就可導(dǎo)致很大的變形。由于它的電容很小,因此器件的頻率可以極高,這樣就可用離子導(dǎo)體做高頻器件,而不受導(dǎo)電系數(shù)問(wèn)題限制。

  對(duì)于離子導(dǎo)體的意義,鎖志剛說(shuō),離子導(dǎo)體的多樣性將為各種應(yīng)用提供更多選擇。比如,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)需要電子器件直接接觸皮膚、心臟及大腦,可拉伸、透明且具有生物相容性的離子導(dǎo)體就可能比電子導(dǎo)體更適合。

  鎖志剛承認(rèn),水凝膠作為離子導(dǎo)體有其缺陷,包括水分容易蒸發(fā)從而變得干燥等。因此他們下一步計(jì)劃研制不易揮發(fā)的離子導(dǎo)體。此外,他們還計(jì)劃用離子導(dǎo)體造出柔性機(jī)器人的控制元件與生物醫(yī)學(xué)器件。

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