中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周劍副教授團(tuán)隊(duì)在共軸纖維狀彈性導(dǎo)體研究方面取得重要進(jìn)展，該工作近期以Buckled Conductive Polymer Ribbons in Elastomer Channels as Stretchable Fiber Conductor為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Adv. Funct. Mater. 2020, 30 (5), 1907316) 上，周劍副教授為第一及通訊作者，沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)固體力學(xué)專家Gilles Lubienau教授為共同通訊作者。此項(xiàng)研究得到中山大學(xué)“百人計(jì)劃”啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的資助。
大應(yīng)變電阻穩(wěn)定型彈性導(dǎo)電纖維的構(gòu)建
近年來電阻穩(wěn)定型彈性導(dǎo)體在導(dǎo)電材料、封裝方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有一定突破。然而它的發(fā)展還處在探索和樣品試制的階段，離能夠同時(shí)滿足高電導(dǎo)率、大應(yīng)變下電阻穩(wěn)定、大批量制備、綠色環(huán)保等還有很大距離, 開發(fā)溫度可控及具有人體適配性的可穿戴加熱器是醫(yī)療健康領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)需求。因此從材料開發(fā)、加工工藝、器件設(shè)計(jì)等源頭上入手進(jìn)行創(chuàng)新, 開拓新型電阻穩(wěn)定型彈性體制備技術(shù)，發(fā)展其綠色制造工藝，將為新一代醫(yī)用可穿戴加熱器的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)源泉，對(duì)豐富和發(fā)展柔性電子科學(xué)也具有重要的科學(xué)與現(xiàn)實(shí)意義。
針對(duì)上述需求和關(guān)鍵科學(xué)問題，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周劍副教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了芯層為屈曲狀導(dǎo)電帶，而殼層為彈性體的共軸導(dǎo)電纖維，纖維在拉伸到680%的應(yīng)變時(shí)電阻變化僅為4%。本項(xiàng)目發(fā)展了溶液拉伸干燥法實(shí)現(xiàn)芯層屈曲結(jié)構(gòu)的新技術(shù)，闡明共軸纖維芯層屈曲結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)大應(yīng)變下電阻穩(wěn)定型纖維的構(gòu)建。該成果于近期發(fā)表，周劍副教授為第一及通訊作者, 中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為第一單位，論文其它作者為華南理工大學(xué)晉剛教授，碩士生田國強(qiáng)；沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)教授Gilles Lubineau, 博士生信陽陽和博士生陶然。該項(xiàng)目同時(shí)取得 1 項(xiàng)美國臨時(shí)專利授權(quán)（US 62/926,608）。
后續(xù)工作將以柔性電子可承受大變形和適用復(fù)雜曲面的特征為基礎(chǔ)，針對(duì)目前可穿戴加熱器存在的由不規(guī)則多維度任意形變導(dǎo)致的治療溫度不可控、作用位點(diǎn)精確度差等缺陷，建立導(dǎo)電芯層屈曲、應(yīng)變不敏感、與人體具有適配性的共軸薄膜結(jié)構(gòu)，提出芯層為屈曲狀的導(dǎo)電薄膜而外層為彈性體膜袋的共軸薄膜設(shè)計(jì)思路。在此基礎(chǔ)上，研究芯層單向或雙向屈曲結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制和拉伸過程中芯層與膜袋的界面間相互作用，闡明共軸薄膜在拉伸過程中電阻不變的準(zhǔn)則，揭示應(yīng)變下其電驅(qū)動(dòng)加熱機(jī)制，為新一代醫(yī)用可穿戴加熱器的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)源泉。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201907316
