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穿戴式电子产品的内聚电路保护
2021年04月05日    阅读量:625    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

大多数电子设备都不防水,如果在室外用手机通话时洒水喷头突然向您喷水,则会使您大为恼火。


某些电子设备至少可以通过例如使用特殊胶水将外部组件融合在一起来制成防水材料。柔性电子是另一回事中国机械网okmao.com


他们的密封剂材料必须能够弯曲,但是使用当前的技术,不可避免的是,最终这种密封剂会破裂或与设备分离,从而形成防水涂层。


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研究人员决心提出解决方案。纤维素纳米纤维是提出的用于柔性电子产品的聚合物涂层。这些纤维由可再生资源制成,对环境无害。但是,它们通常会吸收水-通常被认为是赋予耐水性的致命限制。


在最近在ACS Applied Nano Materials上发表的一项研究中,大阪大学的研究人员开发了可自我修复的纤维素纳米纤维,该纤维微微分散在水中并起到保护铜电极的作用,从而使电极能够长时间工作。


研究人员灵活的电路保护机制可在水下保持电极功能,并可承受数百次弯曲循环。


主要作者Takaaki Kasuga说:“在我们的最初工作中,将无保护的铜电极滴了五分钟后就失效了。”


 “值得注意的是,纤维素纳米纤维涂层在相同的水挑战中至少可以防止一天的失败。”


为什么是这样?请记住,纤维素纤维不会排斥水。相反,该聚合物涂层以防止形成导致短路的导电金属丝的方式在电极中迁移。


刮擦纤维素涂层以模拟弯曲损伤后,电极甚至保持其功能。


水引起的短路是由阴极的树枝状生长引起的。当电路变湿时,铜离子会从阳极溶解并迁移到阴极。


然后铜离子在阴极还原并以树枝状形式沉淀。然而,利用保护性纤维素纳米纤维(CNF)涂层,施加的电场和水促进了CNF向阳极的分散和迁移,并且在阳极周围形成保护性水凝胶层。


水凝胶层可以捕获铜离子;因此,电极间短路至少可以防止24小时。


“我们的结果并非归因于简单的离子交换或纳米纤维长度,”资深作者Masaya Nogi解释道。“纳米纤维在水中聚集到一个保护层中,该保护层通过局部酸性条件和聚合物交联而变得具有粘性。”


聚合物涂层的更严格测试是在一个小时内水下弯曲300次后的性能。传统的聚合物涂层通常会失效,但是纤维素纳米纤维继续为LED供电。


图3.如果防水涂层损坏,水将不可避免地渗透,并且由于树突的生长,水很容易引起故障。纤维素纳米纤维(CNF)向阳极和凝胶迁移,因此即使CNF涂膜受损也能抑制短路。


Kasuga说:“使用我们的涂层,您将能够拉伸,弯曲和折叠电子产品,它们仍将保持其防水性能。” “这对于在无法接受设备故障的极端条件下的应用中使用至关重要,例如在紧急灾难响应中使用的医疗设备。”


在初步工作中,甚至只有1.5微米的超薄聚合物涂层厚度和一些其他聚合物的性能也与最初测试的设置类似。在未来的几年中,它们将成为可穿戴电子设备(甚至是医疗设备)的重要组成部分。


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