Điện cực nano kim loại lỏng co giãn độ bền cao cho e-skin

Nhóm nghiên cứu GS Li Runwei tại Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc, phối hợp với nhóm của GS Zhu Guang từ Đại học Nottingham Ninh Ba Trung Quốc, phát triển thành công điện cực nano kim loại lỏng co giãn (NHSE) độ bền cao cho những ứng dụng da điện tử (e-skin), theo dõi chăm sóc sức khỏe con người và tương tác người - máy. Kết quả công trình nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí InfoMat.

Thiết bị điện tử mang đeo có được sự quan tâm đặc biệt của người tiêu dùng do hiện thực hóa những ứng dụng giao diện tương tác người-máy, y học thông minh và trí tuệ nhân tạo. Trong quá trình phát triển các thiết bị điện tử mang đeo, các điện cực có thể co giãn có ý nghĩa vô cùng quan trọng để thu thập liên tục và ổn định những tín hiệu sinh lý.

Hiện có nhiều khó khăn trong chế tạo các điện cực có độ dẫn điện cao, khả năng co giãn và độ bền vượt trội để thu thập các tín hiệu sinh lý chính xác và ổn định trong những môi trường phức tạp.

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học nhận thấy, một màng nước liên tục và có thể biến dạng được hình thành khi một lưới đánh cá được kéo ra khỏi biển. Từ màng nước lưới đánh cá, NHSE được phát triển từ các giàn giáo liên kết bằng sợi nano đàn hồi điện (polyether urethanes bằng nhựa nhiệt dẻo, TPU) và các hạt nano kim loại lỏng phun điện (LM).

Tương tự giao diện nước với lưới, giao diện tự thích ứng giữa LM và giàn giáo sợi nano hình thành tạo ra màng điện trở siêu thấp với độ co giãn dài cao. Điện trở của NHSE không nhạy cảm với độ giãn cơ học lớn và ổn định dù thử nghiệm biến dạng theo chu kỳ, chỉ tăng 5% điện trở sau 330.000 chu kỳ kéo giãn với độ giãn dài 100%.

Thiết kế chế tạo điện cực co dãn  trên cơ sở nano-LM và sợi nano đàn hồi điện TPU (NHSE) và thử nghiệm độ bền vứng.

Hơn nữa, NHSE đảm bảo độ bền vững vượt trội trong điều kiện các tác động môi trường khác nhau như gia nhiệt, tiếp xúc với axit và kiềm, ngâm nước.

Sự kết hợp của độ dẫn điện cao và ổn định, khả năng kéo giãn và độ bền, NHSE được phát triển cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng các thiết bị điện tử linh hoạt / có thể kéo giãn như các thiết bị đeo để theo dõi điện tâm đồ trong thời gian dài, máy sưởi điện nhiệt và hệ thống giao diện tương tác người-máy mang đeo trong sự phát triển của các hệ thống giám sát chăm sóc sức khỏe mang đeo trên nền tảng Internet vạn vật IoT và giao diện da người - máy.