Сверхрастягивающаяся и носимая проводящая мультифиламентная нить, обеспечиваемая параллельно изогнутой структурой из полипиррола.

npj Flexible Electronics, том 6, номер статьи: 42 (2022 г.) Цитировать эту статью

1692 Доступа

7 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Растягивающиеся проводящие волокна привлекли большое внимание из-за их потенциального использования в носимой электронике. Однако сверхвысокой проводимости, нечувствительной к деформации, препятствует механическое несоответствие модуля Юнга и разрушение растягиваемых структур при большой деформации. Эта проблема решается с помощью проводящего и эластичного мультифиламента, изготовленного из полиуретановых мононитей, поверхность которых покрыта изогнутым полипирролом (PPy), гибкость которого улучшена сульфосалицилатом натрия. Такие параллельные проводящие мононити с короблением на поверхности из полипропилена уменьшают влияние трещин в проводящем покрытии на общую проводимость, демонстрируя сверхвысокую нечувствительность к деформации (коэффициент качества Q = 10,9). Примечательно, что различные сложные формы носимого электронного текстиля, изготовленные из этого проводящего мультиволокна, сохраняют нечувствительное к растяжению поведение исходного мультиволокна даже при большой деформации человеческого сустава. Эта мультифиламентная нить со складчатым полипропиленом имеет привлекательные преимущества при использовании в сверхвытянутых носимых электронных устройствах.

В последние годы носимые электронные текстильные изделия, такие как датчики1,2, устройства сбора и хранения энергии3,4, устройства памяти5, дисплеи6 и обогреватели7, привлекают растущий интерес как со стороны исследовательских, так и промышленных кругов. Быстрый рост производства носимого электронного текстиля предъявляет высокие требования к гибким и растяжимым электронным схемам, обеспечивающим стабильную передачу электрических сигналов без потерь при большом механическом растяжении8,9. Различные технологические методы, включая спиральную спиральную структуру10,11, структуру «скручивающейся пружины»12, слоистую структуру13 и изогнутую структуру8,14, были разработаны для изготовления растягиваемой электронной схемы для проектирования многофункциональных волокон и нитей. Наиболее часто используемая стратегия основана на геометрических конструкциях, основанных на принципах спиральной пружины, что позволяет создавать растягиваемую электронику с высокой производительностью10,11. Несмотря на эффективность метода, его недостатки, такие как многомерные структуры, которые часто требуют сложных связующих материалов и технологии склеивания, а также неплоское движение витков во время растяжения, побудили поиск других альтернативных стратегий15. Проводящие волокнистые композиты со спирально-слоистой структурой, образованные прокаткой пленок, являются неудовлетворительным решением только из-за их низкой нечувствительности к деформации (добротность Q = 0,57 при 356%)13. Таким образом, растягивающаяся электронная схема на основе волокна с простой интеграцией и высокой устойчивостью к деформации по-прежнему чрезвычайно желательна для носимого электронного текстиля.

Структуры потери устойчивости использовались для преодоления пространственных ограничений при сохранении постоянной проводимости в различных гибких устройствах16. Кажущаяся модульность проводящих элементов может быть значительно снижена путем формирования изогнутых структур, например, скрученных, волнистых и морщинистых, на поверхности эластичной подложки, гарантируя растяжимость схемы на основе проводящего волокна17. Например, проводящий мультифиламент в форме червяка был изготовлен путем предварительного растяжения сердцевины мультифиламента из полиуретана (ПУ), а затем покрытия его слоем графена8. Такая структура позволяла незначительно изменять сопротивление (около 0,26) вплоть до деформации 300%. Однако на начальном этапе растяжения наблюдалось увеличение электрического сопротивления из-за разделения морщин графена, что является полезным свойством для датчиков18,19, но нежелательным для растягиваемых электронных схем. Более того, хотя было доказано, что изогнутая структура способна эффективно устранять механическое несоответствие между проводящими элементами и подложкой, для улучшения характеристик цикла всегда требуется высокое межфазное взаимодействие17. Таким образом, очень важно выбирать проводящие элементы для разных подложек, чтобы получить превосходное межфазное взаимодействие.