Advanced Functional Materials:可变刚度丝素蛋白用于高度可拉伸电子的转移

近年来,柔性电子材料的发展非常迅速,柔性电子材料及器件与人体的融合也成为了一个研究热点,这通常需要材料具有良好的可拉伸性。然而,可拉伸电子材料的转移成为了一个难点。可拉伸电子材料或器件的转移通常需要使用一个软印章,转移过程中印章与衬底之间的界面可能会产生很大的应变,使被转移的材料发生破坏,进而失去其功能。如果使用硬印章则可有效地避免该问题,但还需进行下一次转移。

近日,南方科技大学郭传飞课题组通过调控印章材料刚度的方法成功地解决了该问题——转移时,印章保持很高的刚度,极大地减少转移过程中电子材料或器件承受的应变;转移完之后,通过吸水的方法把印章材料软化,直接用作表皮电极的衬底。他们使用的印章材料叫做丝素蛋白,是蚕茧去除丝胶后留下的天然蛋白,它在不同相对湿度下有着非常大的可变刚度范围。具体的策略是:在相对湿度为33%-49%范围内,印章材料的弹性模量保持在100 MPa至1.84 GPa,用来进行可拉伸电极的转移;剥离后再把丝素蛋白置于高湿度的环境中,其弹性模量降为0.1 MPa至2 MPa,和皮肤相当,可直接贴附于皮肤上。这种电极比常用的Ag-AgCl商用凝胶电极有更低的界面阻抗,在肌电信号的测试中,其噪声水平只有商用电极的1/10,并可贴附在皮肤上长达10天而没有产生不适。本工作通过简单的变刚度方法,为柔性电子材料的转移提供了一种简单易行的新思路和新方法。

相关论文以Tuning the Rigidity of Silk Fibroin for the Transfer of Highly Stretchable Electronics为题在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202001518)上,课题组研究助理黄俊为第一作者,南方科技大学郭传飞副教授为通讯作者。