可穿戴電子器件
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-31
可穿戴電子器件的實例教程
主要圍繞納米碳材料和絲蛋白材料的制備科學、物理與化學性能開展研究，重點發(fā)展面向柔性可穿戴系統(tǒng)的新型電子材料與器件。
此外，固態(tài)聚合物電解質(zhì)中的超分子框架還可以使鋰金屬電池具有靈活性，能應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備。
本文中，作者通過動態(tài)交聯(lián)亞胺鍵設(shè)計并合成了用于柔性固態(tài)鋰金屬電池的一種新的聚環(huán)氧乙烷基自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)，這種自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有良好的自愈合能力、優(yōu)異的力學性能和電化學特性，基于可逆亞胺鍵的動態(tài)共價聚合物網(wǎng)絡(luò)，通過降低聚合物結(jié)晶度顯著改善自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性，并賦予電解質(zhì)強粘附性，這有利于電解質(zhì)與電極之間的有效接觸。所制備的自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)在25°C下的離子電導(dǎo)率高達7.48×10?4，電化學窗口較寬，極限拉伸應(yīng)變達到524%，此外，這種電解質(zhì)材料可以自發(fā)地恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能，而無需額外的外部處理。組裝的Li|SHSPE|LiFePO4電池在室溫下具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)300周后比容量超過126.4mAh g?1。基于這種特殊的自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)的相應(yīng)固態(tài)鋰金屬電池在室溫下具有穩(wěn)定的循環(huán)性能，在可穿戴電子器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。
展開 器件的循環(huán)穩(wěn)定性良好，在10 mA/cm2的充放電電流下循環(huán)10000次后，容量保持率為77.1%。力學穩(wěn)定性測試表明可印刷MSCs能夠在復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境下穩(wěn)定工作（器件在0-180度的彎曲范圍內(nèi)能夠保持性能穩(wěn)定，且連續(xù)彎曲2000周次后未出現(xiàn)容量衰減）。集成測試表明可印刷MSCs的性能均一，可集成性良好，能夠滿足不同場景下可穿戴電子器件的能量需求。
圖3. 基于導(dǎo)電聚合物墨水的微型超級電容器及其電化學性能。
圖4. 微型超級電容器的可集成特性以及可穿戴應(yīng)用展示。
西南交通大學材料學院博士生儲翔為論文的第一作者，西南交通大學材料學院楊維清教授、張海濤副教授，美國加州大學洛杉磯分校陳俊教授為本文的共同通訊作者。
展開 【引言】
生物與數(shù)字世界之間的無縫連接已經(jīng)成為未來電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。柔性電子器件因其所具備的柔韌性，便攜性，可穿戴性，已經(jīng)成為發(fā)展功能器件的尖端領(lǐng)域。然而柔性自旋電子器件的研究卻仍然局限于其磁性調(diào)控方式，因為傳統(tǒng)的磁鐵調(diào)控方式具有體積龐大、高功耗、高熱量、響應(yīng)慢等缺點，嚴重制約了柔性自旋器件的實際應(yīng)用。
【成果簡介】
近日，西安交通大學電信學院“青年千人”劉明教授課題組研究了基于電場調(diào)控的柔性自旋電子器件，并實現(xiàn)了磁疇翻轉(zhuǎn)的可視化觀測。該成果首次嘗試將磁電耦合效應(yīng)從平面研究推廣到柔性曲面研究，很好地填補了柔性自旋電子領(lǐng)域磁電復(fù)合技術(shù)的空白，具有突破性的意義。柔性基底上電場可控的反鐵磁-鐵磁轉(zhuǎn)變迎合了當前磁性器件的功能需求，因而該成果將為新一代可穿戴，低功耗，快響應(yīng)，易集成柔性電子元器件的制備與研發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1不同基底的(Pt/Co)2/Ru/(Co/Pt)2人工反鐵磁實物圖片及其基本磁性表征
(a)Kapton (I)和云母上(II)呈彎曲態(tài)的(Pt 9 ?/ Co 7.5 ?)2 / Ru (0.95nm)/ (Co 7.5 ? / Pt 9 ?)2 / Ta(3.5nm)人工反鐵磁。 右圖III顯示的是離子膠(IG)； (b)和(c)是(Pt / Co)2 / Ru /(Co / Pt)2 / Ta / Mica人工反鐵磁的磁滯回線Ru厚度依賴特性； (d-i)在極性MOKE模式下觀察到的(Pt 9 ? / Co 7.5 ?)2 / Ru(10.3 ?)/ (Co 7.5 ? / Pt 9 ?)2 / Ta(3.5nm)/Mica結(jié)構(gòu)的垂直動態(tài)磁化反轉(zhuǎn)。
展開 導(dǎo)電油墨主要由導(dǎo)電粒子（如金屬或碳基顆粒）和溶劑介質(zhì)組成，作為柔性電子和可穿戴電子器件的一種重要基礎(chǔ)原料，已被報道廣泛用于能量存儲、電磁 屏蔽、焦耳加熱等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨往往存在與基底結(jié)合力弱、導(dǎo)電粒子分散需要使用大量有機溶劑、電導(dǎo)率不夠高等問題，限制了其在很多領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。
近日，東華大學朱美芳院士團隊葉長懷、廖耀祖研究員基于生物可再生原料殼聚糖（chitosan）與二元酸在水中形成生物基有機鹽溶液，與銀納米線復(fù)合制備了一系列超高電導(dǎo)率的水性導(dǎo)電墨水（圖1），為綠色制備高電導(dǎo)率、高耐久性導(dǎo)電復(fù)合涂層提供了一種通用方法。
圖 1 SA-chitosan生物基有機鹽、導(dǎo)電墨水、導(dǎo)電涂層的制備流程圖
水性的生物基SA-chitosan有機鹽涂層在簡單的加熱后形成高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予導(dǎo)電復(fù)合涂層良好的耐熱和耐溶劑性，使其有望在惡劣環(huán)境中使用。導(dǎo)電粒子AgNW 嵌入高度交聯(lián)的SA-chitosan聚合物基體中，該聚合物基體一方面隔絕導(dǎo)電粒子與外界環(huán)境的接觸減緩AgNW的氧化（圖2），另一方面可增強與基底材料的粘附力，如在反復(fù)剝離試驗后仍保持優(yōu)異的電導(dǎo)率（圖3）。
圖 2. 導(dǎo)電復(fù)合涂層的電導(dǎo)率及耐高溫、耐有機溶劑特性
圖 3. 導(dǎo)電涂層抗反復(fù)彎曲、折疊、剝離特性
由于導(dǎo)電復(fù)合涂層超高的電導(dǎo)率，厚度僅為 10 μm 的 SA-chitosan/AgNWs 涂層具有 高達73.3 dB 電磁屏蔽 (EMI) 效能（圖4）。
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來源 | Applied Materials & Interfaces
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背景介紹
隨著微電子器件技術(shù)、便攜式或可穿戴電子器件以及航空航天工程的發(fā)展，散熱已成為一個關(guān)鍵問題。特別是異型或柔性電子器件在外形和柔性上受到限制，許多傳統(tǒng)的散熱技術(shù)都不適用。因此，輻射冷卻作為一種節(jié)能的散熱技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。
市場上的可穿戴電子產(chǎn)品主要以商用紐扣電池和微型鋰離子電池為電源，其尺寸、厚度、重量、剛性以及堿性電解質(zhì)的使用極大阻礙了它們在皮膚界面可穿戴電子器件中的應(yīng)用。近年來，以二維紙張、紡織品為汗液吸收層和電極隔離層的汗液激發(fā)電池（SAB）引起了人們的關(guān)注。
柔性、可拉伸的導(dǎo)電水凝膠是用作柔性智能可穿戴電子器件的良好材料。而目前大多數(shù)導(dǎo)電水凝膠力學性能較弱，無法承受實際應(yīng)用過程中大的應(yīng)力和應(yīng)變。通過構(gòu)建均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及在網(wǎng)絡(luò)中引入足夠的能量耗散機制，有助于制備出高強韌的水凝膠。
這種創(chuàng)可貼不僅可以像傳統(tǒng)創(chuàng)可貼一樣用來療養(yǎng)傷口，還可以實現(xiàn)自供電的活動傳感和人機互動交流，為研發(fā)多功能傳感器件提供了一種廉價、方便和高效的方案，為可穿戴柔性智能電子器件的創(chuàng)新性發(fā)展開辟出廣闊發(fā)展空間。
值得慶幸的是，便攜式和可穿戴式電子器件已快速興起，特別是應(yīng)用于更好更快的體外診斷測試和疾病的即時檢測。但是目前便攜式醫(yī)用傳感器件通常由外置電源或可充電電池供電，具有使用壽命有限、充放電效率低、存在潛在的二次污染等缺點。
張楊
仿真xiu專欄作者
在使用Fluent軟件進行電子器件散熱仿真分析的過程中，我們不可避免的要對實際的各種零部件進行簡化和處理。不管是幾何層面、網(wǎng)格層面還是求解器設(shè)定層面，不同的部件都有相應(yīng)的處理方法。下面就針對散熱仿真中的一些專用的設(shè)備
導(dǎo)電油墨主要由導(dǎo)電粒子（如金屬或碳基顆粒）和溶劑介質(zhì)組成，作為柔性電子和可穿戴電子器件的一種重要基礎(chǔ)原料，已被報道廣泛用于能量存儲、電磁 屏蔽、焦耳加熱等領(lǐng)域。
柔性熱電薄膜可直接利用人體與周圍環(huán)境之間的溫差發(fā)電，為可穿戴電子器件提供電源
基于這種特殊的自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)的相應(yīng)固態(tài)鋰金屬電池在室溫下具有穩(wěn)定的循環(huán)性能，在可穿戴電子器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。
