時時頭條
  • 娛樂
  • 體育
  • 財經
  • 科技
  • 旅遊
  • 軍事
  • 育兒
  • 時尚
  • 遊戲
  • 歷史
  1. 首頁
  2. 科技

北大團隊開發硬磁導電覆合材料,實現感測效能的動態調節,助力解決靈敏度與感測範圍的矛盾

2024-02-12 15:41:58

近日,北京大學研究員課題組開發了一種新材料——硬磁導電覆合材料。相比以往的可重構電子器件,這種基於硬磁導電覆合材料的柔性電子器件具有以下優勢:

其一,不僅在功能上具有可重構性,而且在靈敏度和空間覆蓋範圍上也具有可重構性。這是因為硬磁導電覆合材料既可以作為感測材料,也可以作為柔性電子器件的電學介面。

其二,無需依賴額外材料(例如用於毛細力連線的液體介質),也無需依賴鐳射機、3D 印表機等裝置。這是因為對於硬磁導電覆合材料來說,它能在磁學輔助的幫助之下,實現可逆自對準的電學連線。

同時,多孔石墨烯導電網路、磁性顆粒、以及磁疇的協同作用,可以增強基於硬磁導電覆合材料的柔性電子器件的效能,提高它在電化學感測、電生理感測、溫度感測上的效果。

(來源:Advanced Materials)

具體來說:於電化學感測而言,磁性顆粒可以促進電子轉移,從而提高感測靈敏度;於電生理感測而言,由於摻雜磁性顆粒存在親水性,因此電生理的電極阻抗也會降低;於溫度感測而言,磁性顆粒內部電子熱運動和磁疇熱運動,能夠增強對於溫度的靈敏度。

其三,對於基於硬磁導電覆合材料的柔性電子器件來說,由於它具有硬磁特性,因此可以透過可逆和自對準的方式,實現與其他電子元件的連線。

這樣一來,透過調整磁性顆粒的磁化強度,或者調整摻雜磁性顆粒的比例,就可以調節兩種硬磁導電覆合材料之間的介面粘附性,讓它們形成電學連線,實現可逆的組裝和拆卸。

針對健康受試者的實驗表明,基於硬磁導電覆合材料的柔性電子器件,可以測量心電訊號、皮膚阻抗、皮膚溫度、以及汗液中離子和代謝物的濃度,在靈敏度、空間分佈、感測模態都具備可重構的特點。

由此可見,硬磁導電覆合材料是一種富有前途的材料,能用於構建可重構的柔性電子器件,針對物理訊號和生化訊號,進行連續、多模態、可定製的測量,從而用於各種生物醫學領域,在協助診斷和輔助治療上發揮作用。

(來源:Advanced Materials)

此外,課題組還分析了這種材料的感測機理——多孔導電網路、磁性顆粒、以及磁疇的協同作用。

透過此,為製備柔性電子器件提供了一種先進材料,助力於打造可手動連線和可手動分離的可重構柔性電子器件,併為人機介面和可穿戴器件提供了潛在機會。

總的來說,基於磁性導電覆合材料的可重構柔性電子器件,尤其在以下兩個方面,具有廣泛的潛在應用價值:

首先,能實現可重構效能的單個器件應用。

在眾多感測器的應用之中,靈敏度與感測範圍的矛盾一直是個難以克服的問題。此前,要想提高感測器的靈敏度,往往會犧牲其探測範圍,反之亦然。

而該團隊利用磁性材料的可逆磁吸特性來改變感測器的結構,從而實現了感測效能的動態調節。

這種方法可以在不更換感測器的情況下,根據實際需要來調整靈敏度和感測範圍,從而能夠大大提高器件的適用性和靈活性。

對於需要在不同環境條件下、或對不同型別訊號進行監測的應用場景來說,上述能力具有重要意義。

其次,能實現多模態的感測應用。

在生物醫學領域,多模態感測技術的應用非常關鍵。對於那些病因複雜、病情發展階段變化較大的特定疾病比如癌症、心臟病等,傳統的單一模式或固定模式的感測器,往往無法滿足臨床需求。

而本次成果可以實現感測器功能的按需重構,以適應不同階段或不同型別的生物訊號監測。

例如:在疾病的早期階段,可能需要高靈敏度的生化感測器,來捕捉微量生物標誌物。而在疾病的治療階段,就需要調整引數,以便適應病情的變化。

同時,在個性化醫療和實時疾病監控等領域,這種靈活性也具有極大的潛力。

總體來說,這種基於磁性導電覆合材料的可重構技術,為解決傳統感測器靈敏度與感測範圍矛盾提供了一種新方法,也為多模態感測和個性化監測提供了新的可能。在智慧製造、環境監測、醫療健康等多個領域,都能帶來不錯的應用前景。

據介紹,柔性電子器件既能連續監測多種生物物理訊號例如心率、血壓、體溫,也能監測多種生化訊號例如體液中的離子和代謝物,從而能用於生物醫學中的連續監測,以及用於機器人中的操作和互動。

但是,柔性電子器件的靈敏度、功能模態和空間分佈,依舊不能按需調整。這主要是因為器件中的感測層和電學介面層是完全固定的,無法實現可逆的調節。

近些年,儘管也有一些可重構柔性電子的成果,但是必須採用特定材料或特定裝置才能進行重構,因此並不具有普適性。並且僅能進行單一維度的重構,缺乏多維度可重構的能力。

研究伊始,課題組先是調研了柔性電子領域的整體發展態勢,藉此發現大部分柔性電子器件的功能結構都是固定的,無法進行按需調整。

而此前的可重構柔性電子器件,也存在必須依賴特定裝置或特定材料進行重構、以及存在僅能進行單一維度重構等問題。為了解決這些問題,該團隊定下了這一課題。

隨後,他們選取磁性材料、導電材料和聚合物材料,綜合對比這些材料的柔性、磁性、導電性和魯棒性。

最終確定使用釹鐵硼作為磁性材料,使用聚二甲基矽氧烷作為聚合物襯底,以及使用鐳射誘導石墨烯作為導電材料。

接著,他們不斷摸索加工引數和材料配比,調整鐳射加工導電材料的引數以及磁性材料、導電材料、聚合物襯底三者的比例,從而讓導電結構得以擁有完整性、磁性強度和柔性。

進一步地,基於磁性導電覆合材料,他們打造了各類感測器,並對其效能加以對比。

之後,基於磁性導電覆合材料的磁學輔助電學連線,他們又設計了通孔結構,藉此增強電學介面的可逆性、魯棒性、導電性。同時,也設計了自對準的結構,藉此提升了對準精度。

同時,針對磁學輔助電學連線的效果、以及商用導電銀膠引線的連線效果,課題組也進行了對比,驗證了磁學輔助電學連線的可靠性。

此外,他們還對電學介面的柔性加以表徵,確保能夠實現可穿戴應用。

最後,他們利用基於磁性導電覆合材料的各類感測器、以及可逆自對準的電學連線,構建了多維度、可重構的柔性電子器件,並將其用於受試者在多種場景之中的健康監測,具體包括靈敏度、空間分佈、以及功能模態的可重構應用。

最終,相關論文以《用於多模式、可重構軟電子器件的硬磁性石墨烯奈米複合材料》()為題發在 Advanced Materials[1]。

圖 | 相關論文(來源:Advanced Materials

北京大學博士生項澤華是第一作者,擔任通訊作者。

圖 | 項澤華(來源:項澤華)

未來,他們打算全面提升和擴充套件基於硬磁導電覆合材料的可重構柔性電子技術,這將涵蓋以下幾個方面:

第一,擴充套件感測模態。

目前,本次工作主要集中在電化學感測模組上。接下來,他們計劃將研究重點轉移到物理感測模組例如壓力和振動等,從而讓感測器能夠監測更加多樣化的物理條件和生化條件,藉此極大增強應用領域和實用性。同時,他們也將深入探索磁性顆粒對於不同型別感測模組效能的影響。

第二,改進自對準互連技術。

針對此,他們計劃改進當前的自對準互連技術,實現更精確和可程式設計的磁吸控制。這種改進將有助於在更大範圍內組裝小型裝置,特別是在微奈米尺度的裝配中顯得尤為重要。

透過這種方法,可以實現更精細和高效的器件組裝,為製造更小、更復雜的感測器系統提供可能。

第三,開發完全整合的可重構柔性電子。

課題組的長期目標是開發一種完全整合的可重構柔性電子系統,包括前端感測模組和後端電路模組的緊密整合。

根據不同應用場景的需要,可以靈活選擇和重構前端模組和後端電路模組,實現從器件到電路的完全按需可重構。這使得同一套系統可以適用於多種不同的應用場景,從而極大提高適應性和成本效益。

第四,應用場景的拓展和深化。

透過上述技術的發展,他們希望將這種可重構的柔性電子系統應用於更廣泛的領域,比如可穿戴裝置、生物醫學監測、環境監測、智慧製造等。

參考資料:

1.Xiang, Z., Wang, H., Zhao, P., Fa, X., Wan, J., Wang, Y., ... & Han, M. (2023). Hard Magnetic Graphene Nanocomposite for Multimodal, Reconfigurable Soft Electronics. Advanced Materials, 2308575.

運營/排版:何晨龍、劉雅坤

01/

03/

04/

05/

熱門資訊
  • 首次!伊朗發射成功 | 2024-01-30 00:37:11
  • SpaceX 準備 1 月 31 日向國際空間站發射天鵝號貨運飛船 NG-20 | 2024-01-30 00:51:42
  • "分子錘"透過擊穿細胞壁消滅癌症 | 2024-01-30 01:08:07
  • 世界首款四座氫內燃飛機原型機在瀋陽完成首飛 | 2024-01-30 01:34:04
  • 華為Mate70被爆將正面迎擊iPhone16?為什麼Mate70更值得期待? | 2024-01-30 01:38:11
  • 光威龍武系列48GB記憶體套裝開售:DDR5-7200,CL36,售價1399元 | 2024-01-30 01:42:00
  • 一文讀透細胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅綜述(長文收藏版) | 2024-01-30 01:42:10
  • 科學家揭示金黃色葡萄球菌耐藥基因進化和傳播機制,為抗生素使用帶來指導 | 2024-01-30 02:04:59
  • 美實驗室鋰空氣電池研發取得進展,預計 2030 年後投入使用 | 2024-01-30 02:05:19
  • 宇宙人(1436期)中國信通院釋出;日本SLIM執行已恢復;伊朗在 10 天內進行第 2 次衛星發射 | 2024-01-30 02:05:32
  • LG gram 17 2024款上市:17英寸輕薄本,搭載酷睿Ultra 7,售價11699元 | 2024-01-30 02:52:49
  • 堅持道路自信 直面未來挑戰——“對標SpaceX”的思考 | 2024-01-30 02:53:47
  • 核顯超進化——AMD銳龍R5 8600G首發體驗 | 2024-01-30 03:50:17
  • 蘋果今年曝出來的瓜,真的有點大 | 2024-01-30 03:50:35
  • 華為 Mate 70 系列曝光:支援 5.5G 技術,預計 9 月釋出 | 2024-01-30 03:50:40
  • 小米14 Ultra或搭載5000萬畫素LYT900感測器,還有新晶片 | 2024-01-30 03:53:51
  • 新一代麒麟旗艦!華為P70系列測試更小尺寸螢幕:1.5K微曲 | 2024-01-30 03:54:00
  • 小米最猛旗艦確認!驍龍8Gen3+1英寸大底+IP68防水,太強了 | 2024-01-30 03:54:03
  • 小米手機出貨量跌出國內市場前5名 市場分析:高階化佈局節奏沒踩準 | 2024-01-30 03:54:10
  • 銳龍8000G處理器實測,業界首款桌上型電腦AI處理器強勁登場 | 2024-01-30 03:58:35
  • 【硬體資訊】龍芯好訊息二連!龍芯3A6000消費級板U套餐正式登陸電商平臺!華碩帶來超頻支援! | 2024-01-30 03:58:46
  • 一加公佈過年買一加Ace 3的十大理由 看完我無法反駁 | 2024-01-30 03:58:54
  • 讓老電腦的遊戲效能趕超酷睿14代!AMD銳龍7 5700X3D處理器首發測試 | 2024-01-30 03:58:58
  • 隕石獵人:在無人區,尋找一塊價值連城的石頭 | 2024-01-30 03:59:05
  • 【裝機幫扶站】第1118期:比友商便宜2000+元,高效能3A配置推薦 | 2024-01-30 04:02:12
  • 電競網遊神U再臨,銳龍7 5700X3D力戰酷睿i5 14600K | 2024-01-30 04:02:30
  • 重磅訊息!我國自主研製渦軸發動機適航技術取得重要突破【附航空發動機技術賽道觀察圖譜】 | 2024-01-30 04:02:34
  • 歐洲晶片,四面楚歌 | 2024-01-30 04:26:48
  • 小米14 Ultra 2月底釋出:搭載徠卡Summilux鏡頭、無極可變光圈 | 2024-01-30 04:32:45
  • 回顧亞馬遜河有多可怕?為什麼沒有橋能跨過它,也無人敢下水 | 2024-01-30 04:33:53
最近發布
突發!TVB知名女星毫無預警宣佈與未婚夫分手,結束長達八年情 面對被黑,蘭姐強勢迴歸。小菲狀態好轉,發宣告。更多內幕揭曉! 中國男籃決戰日本隊,首發五人曝光,廣東隊大贏家,徐傑第一後衛 孫穎莎奪女單冠軍!採訪謙遜立足拼,劉國樑給中國選手頒獎笑開花 分析 馬威交易取消後的影響:湖人還有什麼選擇?只能等休賽期? 火箭vs猛龍前瞻:範弗裡特有望復出戰舊主,火箭欲終結六連敗 梅西轟動宏都拉斯!當地媒體:這是世紀體育盛事! 登記開啟!金中、29中、13中等校動了! 開年暴擊!南京又一家機構跑路了? TechInsights:AI PC未能提振筆記本市場 2024年僅增長5% 睡覺時突然腿抽筋,就是缺鈣?錯!還有這4個原因,別輕易忽視了 泡泡瑪特又贏麻了!此前被調侃是“境內最大的博彩公司” 再也不用扎手指!5億糖尿病患者有福了 傳《尼爾:機械紀元》續作、新《古墓麗影》今年公佈 有工作經驗的畫素畫師如何寫簡歷? 離譜!Xun被搶3條龍,JDG仍然獲勝!Peyz力挽狂瀾,WBG痛失好局 將耗死在國際空間站?59歲美滯留女宇航員求救:喪失重要身體機能 華為FreeClip耳機玫瑰金開售 開放式聆聽設計 CBA俱樂部杯-山西淘汰北控晉級4強 原帥18分 小紅書上移民的中產:曾經北京七套房, 羨慕海外一張床, 如今卻...... 不可抗力停課2天以上退一半保教費,佛山幼兒園收費新規釋出 紅棉襯醉美,2020番順醉美青餅評測 華為FreeClip耳夾耳機玫瑰金配色開售:1299元 64歲寧波老闆,跨界無數次,給員工發8億,即將擁有第三家IPO? 卡友資訊股東持股情況變動 廣州“城市合夥人”:城市與人才的雙向奔赴 有人說孫穎莎粉絲是飯圈文化的時候 卻有些人用真金白銀愛孫穎莎! 男生剪“短髮”髮型乾淨利落,試試這3款,剪完帥氣提升顏值! 7個臀部訓練最佳動作,打造迷人的蜜桃臀! 偉大的4-2!林詩棟奪冠:新科世界第1誕生、超越王楚欽,狂攬3冠 新疆完美了!新小外強於皮特森+黑根斯,承認補強大外良性競爭! 林詩棟奪男單冠軍!採訪大談不容易太謙遜,單獨拍照露出笑容! 國乒最新戰報!林詩棟第2局11-8,衝3冠王,梁靖崑救2局點仍輸球 替補奇兵!快船大將5記3分助隊贏球 哈登好幫手 爆冷!北控男籃吊打奪冠大熱門球隊,外援決定比賽的走向 官宣離任,胡明軒宣佈重要決定,廣東宏遠遺憾,杜鋒祝福 又一個賈德松!崔康熙看人很準,魯媒:卡約又要錯過中國聯賽了 劉國樑憔悴!黑眼圈很重,擋住蒯曼被提醒,孫穎莎王楚欽被裁判整 林詩棟逆轉梁靖崑奪冠,成就三冠王,綜合實力更加突出 CBA最新外援註冊資訊,遼籃4人,新疆補充新援,廣東男籃放棄萊斯 大滿貫收官獎金排名:林詩棟三冠60萬第1,孫穎莎第2王曼昱10萬第9 臺灣律師分析大S遺產劃分,S媽要錢得看汪小菲臉色,打臉光頭安排 臺媒曝大S家人鬆手,讓出撫養權給汪小菲,希望馬筱梅善待孩子 二線白酒暴雷,狼真的來了! 搭上比亞迪,自動駕駛獨角獸,利潤大增170%! 炸裂!外資吹響“加倉中國”集結號背後:科技格局重塑與資產重估 這波夢幻西遊副本積分兌換真是血虧,四賜福的山賊值得買嗎? 《星戰亡命之徒》高階美工又回到CDPR 開發《巫師4》 《哪吒2》登陸北美,首映禮現好萊塢!有觀眾哭花眼妝:特效超預期,買票靠搶 曝張蘭被封年損失近4億,麻六記絕地自救太壯觀,員工曬張蘭近況

©2024 時時頭條 版權所有

隱私政策 | 服務條款 | 聯繫我們