可拉伸6倍的導電材料,用於智能服裝,溫差發電

2021-01-15 孜然實驗室

奈良·金（Nara Kim）以及林雪平大學有機電子實驗室的澤維爾·克裡斯平（Xavier Crispin）和克拉斯·泰布蘭特（Klas Tybrandt）。圖片：Thor Balkhed

研究人員首次創造了一種柔軟且可拉伸的有機熱電模塊，可以從人體熱量中收集能量。這項突破是由一種新型複合材料實現的，該複合材料可能已廣泛應用於智能服裝，可穿戴電子產品和電子皮膚中。

林雪平大學有機電子實驗室的研究人員開發了一種具有獨特性能的有機複合材料 - 不僅柔軟且可拉伸，而且具有高導電性和良好的熱電性能。這使其非常適合許多可穿戴應用。

研究人員與比利時、紐西蘭和加利福尼亞的同事將結果發表在《自然通訊》上。

奈良·金是有機電子實驗室的博士後兼首席研究工程師。研究結合了三種材料：導電聚合物PEDOT:PSS，水溶性聚氨酯橡膠和離子液體。結果是具有獨特屬性的複合材料。PEDOT:PSS賦予其熱電性能，橡膠提供彈性，離子液體確保柔軟。

PEDOT:PSS：聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽

奈良·金在有機電子實驗室的澤維爾·克裡斯平教授和高級講師克拉斯·泰布蘭特的領導下進行了這項研究。

她說：「澤維爾·克裡斯平是有機熱電材料的先驅；克拉斯·泰布蘭特是軟電子材料的專家；我貢獻了我對有機複合材料的知識。我們共同提出了新材料的構想。」

新材料可在兩個方向上拉伸。圖片：Thor Balkhed

PEDOT:PSS是最常見的導電聚合物，並在許多應用中使用，尤其是由於其良好的熱電性能。但是厚的聚合物膜太硬、太脆，無法成功地集成到可穿戴電子設備中。

「我們的材料比PEDOT:PSS柔軟100倍，可拉伸性高100倍。」有機電子實驗室軟電子小組負責人克拉斯·泰布蘭特說。

材料，製備及成品

他說：「能夠在納米級和微米級上控制材料結構的能力使我們能夠將不同材料的優異性能結合到複合物中。」

新的複合材料也可以列印。

奈良·金表示：「該複合材料是通過水基溶液共混配製的，可以印刷在各種表面上。當表面彎曲或摺疊時，該複合材料就會跟隨運動。而且製造這種複合材料的過程便宜且環保。」

研究人員發現，使用這種材料製造柔軟而有彈性的有機導電材料的可能性很大。

「可以將許多離子液體，導電聚合物和傳統彈性體結合起來，以提供新的納米複合材料，以用於許多應用，例如熱電發電機、超級電容器、電池、傳感器以及需要厚、彈性和導電材料的可穿戴和可植入應用中」，澤維爾·克裡斯平說。

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