具有触摸和自我修复功能的人造电子皮肤

在过去的十年中,人造皮肤的研究取得了重大进展,但是即使是最有效的自我修复材料也仍然存在重大缺陷。

有些不切实际,因为它们必须暴露在高温条件下。

有些可以在室温下治愈,但是修复伤口会改变其机械或化学结构,因此只能使用一次。

最重要的是,还没有一种具有良好导电性的自修复材料。

最近,美国斯坦福大学的一个科研团队开发出了第一种合成材料,这种材料具有明显的触感并且可以在室温下快速且反复地愈合。

这种进步可能导致出现更智能的假体或更灵活的自我修复个人电子产品。

研究结果发表在“自然与自然科学”杂志上。

中点纳米技术”在11月11日,研究人员一直在努力模仿人类皮肤的优异特性,例如皮肤的触感(向大脑发送的有关压力和温度的精确信息)和有效的自我修复能力。

斯坦福大学化学工程系的鲍振安教授及其团队成功地将上述两个特性整合到了单一合成材料中。

鲍振安的团队通过两种成分的混合成功实现了两全其美:塑料聚合物的自愈能力和金属的电导率。

他们使用的塑料包含通过氢键连接的分子长链。

这些分子很容易分解。

当它们重新连接时,氢键可以自我重组并恢复材料的结构。

研究人员向这种弹性聚合物中添加了微小的金属镍颗粒,以提高其机械强度。

镍粒子的纳米级表面是粗糙的,这对于形成材料的导电性至关重要。

它的每个突出边缘都会聚集一个电场,这使电流更容易从一个粒子流到另一个粒子,从而使塑料聚合物具有导电性。

研究人员测试了该材料在损坏后恢复其机械强度和导电性的能力。

他们拿出一条细条材料,将其切成两半。

将它们放在一起并轻轻按压几秒钟后,该材料可以恢复其原始机械强度和电导率的75%。

如果按压30分钟,材料特性的恢复率接近100%。

更重要的是,同一样品可以在同一位置重复切割。

经过50次切割和修复后,样品的柔韧性和伸长率仍保持不变。

研究小组还讨论了材料的压敏特性。

电子在材料中形成电流的过程类似于跳过岩石中的水流。

镍颗粒起着石头的作用,它们之间的距离决定了电子从一块石头跳到另一块石头需要多少能量。

扭曲或挤压合成皮肤会改变镍粒子之间的距离,这也会改变电子跳跃的难易程度。

电阻的这些细微变化可以转换为有关皮肤压力和张力的信息。

研究人员说,这种材料可以检测握手引起的压力变化。

鲍振安说,这种材料对向下的压力和屈曲非常敏感,因此未来的假体在关节处将具有更好的弯曲度。

用这种材料覆盖的电气设备和电线也可以进行自我修复,从而使电气维护不再困难和昂贵,尤其是在难以触及的地方,例如建筑物的墙壁或车辆。

研究团队的下一个目标是使材料更加透明和灵活,适用于包装和覆盖电子设备或显示器。

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