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  可伸縮的柔性電子產(chǎn)品在過去的二三十年間由于其先進(jìn)的機(jī)械性能和電子性能而備受關(guān)注，與人體集成在一起，可以監(jiān)控身體活動(dòng)和健康狀況，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面以及虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。通過探索各種化學(xué)機(jī)理，柔性電子產(chǎn)品努力模仿自然皮膚的自愈能力。同時(shí)，為了減少電子垃圾和對(duì)環(huán)境的影響，可降解材料作為不可降解電子垃圾的替代品，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可以被物理消除。針對(duì)上述研究，科羅拉多大學(xué)博爾德分校的Jianliang Xiao教授與Wei Zhang教授在2018年就發(fā)表過關(guān)于可修復(fù)、可回收的電子皮膚。

  這一次，兩位教授團(tuán)隊(duì)再次聯(lián)手，合作開發(fā)了一種多功能可穿戴電子系統(tǒng)，成果發(fā)表于最近一期的Science Advances（Science Advances: Vol. 6, no. 45, eabd0202）。如圖1所示，該系統(tǒng)結(jié)合了材料、化學(xué)和機(jī)械方面的先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)出色的可拉伸性、自修復(fù)性、可回收性和可重構(gòu)性，且可提供運(yùn)動(dòng)、溫度、聲學(xué)和心電圖信號(hào)的跟蹤與監(jiān)測。該可穿戴電子系統(tǒng)通過低成本制造方法異質(zhì)集成了剛性半導(dǎo)體器件、柔性聚亞胺薄膜和液態(tài)金屬材料。

圖1. 多功能集成電子皮膚的（A）人體佩戴示意圖; (B) 分層結(jié)構(gòu)示意圖; (C) 多種變形狀態(tài); (D) 可回收及可修復(fù)性能

  實(shí)驗(yàn)表明，在不影響電傳感性能的前提下，可穿戴電子器件可以在水平和垂直方向上單軸拉伸60%，雙向拉伸30%。圖2中的心電數(shù)據(jù)信號(hào)顯示其在不同加載條件下的傳感性能不受變形的影響。

圖2. 拉伸狀態(tài)下芯片組件的有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究

  圖3顯示，當(dāng)封裝液態(tài)金屬的聚亞胺器件用刀片切斷后，ECG信號(hào)消失，由于聚亞胺網(wǎng)絡(luò)中的鍵交換反應(yīng)和液態(tài)金屬的可流動(dòng)性，可穿戴電子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械和信號(hào)的自修復(fù)。動(dòng)態(tài)共價(jià)聚亞胺網(wǎng)絡(luò)的鍵交換反應(yīng)不僅為材料提供界面間的自愈能力，而且宏觀可以表現(xiàn)為變形材料的應(yīng)力松弛，并可根據(jù)不同的應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)型的重新配置（圖4）。

圖3. 多功能集成電子皮膚的自愈性能

圖4. 通過應(yīng)力松弛重塑的3種構(gòu)型及應(yīng)用

  當(dāng)器件發(fā)生破壞，嚴(yán)重磨損或不再需要時(shí)，可以被完全回收�；厥盏娜芤�、芯片組件和液態(tài)金屬都可以被重復(fù)使用，用于制造新一代的材料和器件。

圖5.多功能集成電子皮膚的回收性能

  原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/45/eabd0202