美研發(fā)能拉伸離子導(dǎo)體 可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)器件

美國(guó)哈佛大學(xué)一個(gè)研究小組本月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，能在一萬赫茲以上的頻率及一萬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采訪時(shí)說，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)則提供固體形狀。“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。

對(duì)于這個(gè)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的成果，鎖志剛說，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，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)問題限制。

對(duì)于離子導(dǎo)體的意義，鎖志剛說，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。