研究人员用银纳米线制备出高导电性和弹性的导电体

来自北卡罗来纳州立大学的研究者用银纳米线制备出了具有高导电性和弹性的导电体。这类弹性导电体可以被用来制作弹性电子器件。

弹性电路比普通的刚性电路功能更多。例如,电子“皮肤”可以帮助机器人捡起易损物体而不会损坏它们;采用弹性显示器和弹性天线的手机或其他电子器件不仅性能不会受影响而且还可以具有可拉伸或可压缩等优异性质。然而这些想法的实现,首先依赖于制备出具有弹性并且不论变形与否都能够有效传输电信号的导电材料。

北卡州立大学机械与航天工程系的助理教授朱勇(音译)博士和他实验室的博士研究生徐峰(音译)用银纳米线制备出了这样的弹性导电体材料。

银是一种电导率非常高的材料,也就是说用银来传输电信号效率非常高。北卡州立大学研发的新技术的核心是把银纳米线包裹在聚合物中形成导电体。这样的结构可以承受大幅度拉伸而不会影响材料的导电性。这一特性使得该材料用于制作可拉伸电子器件。

朱勇说:“这是一项令人激动的发明。它在许多领域都可以立即得到应用。并且,我们的工作更注重于在形变很大的情况下保持材料的高电导率。这种功能是对之前利用银纳米线制作的有弹性并且透明的导电材料的一种补充。

许峰说:“这种材料的准备方法非常简单。首先将银纳米线放到硅片上,然后将液体聚合物倒在在硅片上。然后用高温烘烤聚合物,使之形成有弹性的固体。因为当聚合物是液态时,银纳米线会被聚合物包裹起来。因此,当聚合物凝固时,银纳米线就被固定在聚合物中。然后就可以将聚合物薄片从硅片上撕下来。同样,也可以通过打印银纳米线的方式来制备有一定结构的可拉伸导电体。这种由银纳米线制成的导电体可以非常容易的被做成各种形状。这一优点使得这项技术可以在电子制造领域大有可为。”

当包裹了纳米线的聚合物被拉伸再还原后,聚合物的表面会产生一些纳米线扭结。最终的产物在有纳米线的那面是呈波浪形的,而没有纳米线的那面则是平的。

在包裹了纳米线的聚合物里产生扭结之后,这些材料就可以被拉伸至伸长率为50%或拉伸应变为50%的状态而不会影响其电导率。这是由于扭结的形状使得在聚合物被拉伸后银纳米线之间仍然可以保持相对固定的位置。

朱勇说:“这种新的可拉伸导电体不仅具有高电导率和大而稳定的应变区域,而且在受到重复机械拉伸后表现出了非常好的鲁棒性。目前其他的被报道过的可拉伸导电材料基本上都是沉积在某种衬底上的。在经过重复的机械拉伸或表面摩擦后有可能会出现分层现象。”