Tái chế da thành da điện tử (e-skins)

Tăng cường những đặc tính cho da thuộc

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Nam Kinh, Đại học Bách khoa Tây Bắc và Đại học Tứ Xuyên đã phát minh một phương pháp đơn giản và có thể mở rộng nhằm tái sử dụng da cũ thành da điện tử đa chức năng (e-skins).

Da điện tử là một vật liệu giống như da nhân tạo, được sử dụng để cảm nhận một kích thích bên ngoài và chuyển đổi thành tín hiệu điện tương tự, có tiềm năng ứng dụng trong trí tuệ nhân tạo, chẩn đoán y khoa và chân tay giả.

Cho đến nay, chất nền da điện tử thường được phát triển từ các polymer linh hoạt. Mặc dù các polymer này tương thích sinh học và có độ nhạy cao, nhưng do không thấm nước nên hạn chế việc sử dụng lâu dài và thoải mái.

Da tự nhiên của động vật, có cấu trúc tinh xảo, linh hoạt và bền. Kết hợp da thật với các vật liệu có chức năng khác nhau, những đặc tính có thể được tăng cường ngoài những tính chất tự nhiên vốn có, khiến da thuộc trở thành một loại da điện tử tiên tiến.

Cấu trúc phân cấp của da cho phép tích hợp thêm những vật liệu nano chức năng, chẳng hạn như ống nano carbon (CNTs) và dây nano bạc (Ag NWs), đưa vào trong cấu trúc của da thuộc. Những ống và dây nano này có bắt chước các dây thần kinh cảm giác trên da sống, có khả năng phát hiện một kích thích bên ngoài và chuyển đổi thành các tín hiệu điện tử khác nhau.

Sử dụng da như bộ lọc, các vật liệu nano dẫn điện, được xử lý bằng axit CNTs (a-CNTs) hoặc Ag NWs, có thể được phân phối trong cấu trúc da xốp, phân cấp (hình, bên trái). Cách tiếp cận đơn giản này có thể được áp dụng khi sử dụng những vật liệu nano có các tính chất khác nhau tạo ra các loại da điện tử phù hợp những mục đích cụ thể.

Phương pháp chuyển đổi da thật thành da điện tử bằng cấy ghép nano. Ảnh Advanced Science News

Khâu nối a-CNT / da điện tử và da có hoa văn với các mảng điện cực kỹ thuật số, linh hoạt, có thể chế tạo được một cảm biến áp suất đeo tay.

Nếu có áp lực tác dụng lên vật liệu làm cho các a-CNT kết hợp với nhau, khiến tiếp xúc giữa các a-CNT lớn hơn, cường độ dòng điện khi có một điện áp cố định.

Sử dụng cho các chẩn đoán y tế

Da điện tử được chứng minh là rất nhạy cảm với sự va chạm nhẹ nhàng, ngay cả với một chiếc lông vũ, có phản ứng đặc biệt rõ ràng đối với sự uốn cong và xoắn của vật liệu, cho thấy e-skins/da thuộc có tiềm năng phát hiện các ngoại lực khác ngoài nén.

Sử dụng a-CNTs / da cảm biến da làm dây đeo đồng hồ, xung từ cổ tay người có thể được theo dõi trong thời gian thực. Khả năng này cho thấy tiềm năng da cảm biến sẽ được sử dụng cho các chẩn đoán y tế về sức khỏe con người (tương tự như bắt mạch để đoán bệnh của người.

Các lợp khác nhau trên da thật. Hàng trên: Ảnh chụp màn hình dựa trên da trước và sau khi được bật điện thế. Hàng dưới: Hình ảnh chứng minh rằng độ sáng của màn hình tăng khi lực tác dụng tăng (hình ảnh từ trái sang phải). Ảnh Advanced Science News

Ngoài ra, Ag NWs / da có thể được sử dụng như điện cực phía sau, hoạt động như một màn hiển thị khi được phủ một lớp điện phát quang. Một cây bút có thể được sử dụng để vẽ các mẫu điện cực khác nhau (hình, bên phải, hàng trên cùng). Áp dụng áp suất có thể gây lên những thay đổi độ sáng (hình, bên trái, hàng dưới cùng) và tạo ra một dòng điện trong cảm biến.

Vô số các chức năng cảm biến của da điện tử, được phát triển trên da thật cho thấy có thể sử dụng các da thật tái chế cho hệ thống các robot thông minh và những ứng dụng y tế.

Chuyển hóa từ da thật thành da điện tử. Ảnh Advanced Science News