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很厉害!用廉价纸张开发折叠式电子产品

来源:材料科技在线|

发表时间:2018-07-12

点击:589


伯克利工程师使用激光将电子开关的电路“写”到纸上。他们表明,在折叠和展开纸张可以打开和关闭电路。 图片来源:藏西宁


加州大学伯克利分校的工程师为“工作文件”这个术语赋予了新的含义。他们使用廉价的材料(特殊的纸),将可折叠的电子开关和传感器直接制造在纸上,从而制造发电机,超级电容器和其他电子设备,这些产品能够在各种方面得到应用。


在过去的十年中,开发纸质电子产品的相关研究已经加速。除了适用性和低成本之外,这种纸张提供了一个非常有趣的潜力:简单地折叠它可以打开和关闭电路或者以其他方式改变电路,即一种电子折纸。


但是,为了在实际使用中为满足电极上具有足够导电性,其中大多数的电机极已经采用昂贵的金属(金或银)作为导电材料,这种状况从而淹没了纸作为基板的经济优势。


在一种新技术下使用廉价的元素钼(钼(mù)为人体及动植物必须的微量元素。为银白色金属,硬而坚韧。人体各种组织都含钼,在人体内总量为9mg,肝、肾中含量最高。钼是一种过渡元素,极易改变其氧化状态,在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。)作为导电金属。将其加入到溶液状态的明胶中并与明胶中的碳结合,然后用溶液涂布纸并干燥。激光束精确地“写入”所需的电路图案,将钼加热到约1000摄氏度并形成耐用的碳化钼导体。


激光写入电路的宽度约为100微米,约为人类头发的直径。纸张的所有未加热部分不导电。明胶(是由动物皮肤、骨、肌膜、肌魅等结缔组织中的胶原部分降解而成为白色或淡黄色、半透明、微带光泽的薄片或粉粒,故又叫做动物明胶。工业明胶为无色至淡黄色透明或半透明等薄片或粉粒。无味,无臭。在冷水中吸水膨胀。溶于热水。溶于甘油和醋酸,不溶于乙醇和乙醚。)涂层不仅为导电化合物提供碳,而且还防止激光束燃烧纸张。


机械工程教授兼《Advanced Materials》期刊论文的编辑Liwei Lin对这项技术说:“没有明胶,纸会变成灰烬!”


像一份在实际工作中的“工作文件”


工程师们设想了新的一次性纸质电子产品的广泛潜力。例如,检测重金属污染的电路可以“书写”在纸上以经济地监测毒素。


Xining Zang(MS '14,Ph.D。'17 ME)是林氏实验室的伯克利机械工程研究生并领导研究相关课题。他指出:“可把多个电极组成的传感器集成在纸路上的,从而用于检测一滴水中或一滴患者血液中的危险铅含量!”


该文章的第一作者Zang(现是麻省理工学院的博士后科学家)解释:“电极之间的间隙很小,样品中存在重金属会形成通电路。


新的纸质电子产品战略来自Lin对新型开关,发电机和电池的研究,以及Zang对新材料的关注,以及对将折纸应用于电子和机械不断增长的领域的有着共同兴趣。


Lin 说:“许多人一直在进行折纸研究,形成不同的架构和不同的形状来执行不同的功能,我们的工作为纸张上的导电区域提供了通用且简单的通道。现在我们已经展示了在纸上书写多种导电图案的实用性,以及将电子纸折叠数百次验证开关电路的耐久性。”


他希望这些演示可以引起人们对电容器和电池的关注。电池基本上由正电极和负电极组成,正电极和负电极由包含电解质的小间隙隔开。他认为在纸质电池中,正极和负极都可以印在纸上,这样折叠纸就会产生它们之间所需的小间隙。


Zang带来了她对纸质电子项目的折纸和新材料的研究。她希望将能量生成,存储与具有使用功能的组件(例如传感器)集成在一张纸上。


她指出:“一个独立的一次性传感器在发展中国家非常有用,因为这些国家特别需要便携,可存储和廉价的公共卫生工具。”


文章来自TX,原文题目为:Engineers develop origami electronics from cheap, foldable paper,由材料科技在线汇总整理。
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