近日，一個日本科學家團隊開發(fā)出一種可用于印刷的新型彈性導體，該導體在拉長至原長的5倍后仍可保持高導電性。

此種新型材料被制成膏狀的油墨，可以在紡織品和橡膠表面打印成各式各樣的圖案，作為可拉伸導線為具有傳感功能的可穿戴設(shè)備導電，也可為機器人的體表賦予類似人類皮膚的功能。

圖 | 用印刷的方法制成的彈性導體在拉力作用下仍可維持高導電性。即使彈性導體被拉長到原來長度（上方圖片）的 5 倍，通過其導電的發(fā)光二極管（LED）仍保持高亮發(fā)光

用于監(jiān)測人們健康水平或心率，肌肉活動等身體狀況的可穿戴設(shè)備正在發(fā)展之中，一些產(chǎn)品也早已面向市場。除了目前已有生產(chǎn)加工領(lǐng)域之外，健康護理和零售等領(lǐng)域的機器人時代也即將來臨，這些發(fā)展都意味著彈性導體未來的應(yīng)用將急劇增加。

“顯然，對可穿戴設(shè)備和機器人的需求在持續(xù)增長，”主導研究的東京大學工學系研究科 Takao Someya（染谷隆夫）教授說道，“我們覺得能印刷的彈性導體對于實現(xiàn)這些產(chǎn)品的發(fā)展，滿足人們的需求尤為重要”。

為了達到高拉伸性和高導電性，研究者們使用 4 種材料混合制作彈性導體。目前用于印刷的導電膏體由微米級的銀（Ag）屑、氟橡膠、含氟表面活性劑（用于減小液體表面張力的材料）和用于溶解氟橡膠的有機溶劑組成。

目前的導電膏體性能比他們在2015年研制的彈性導體有了明顯的提高。

圖 | 來自東京大學 Someya（染谷）團隊。將微米級的銀屑與其他材料混合得到復合膏體，用此膏體進行印刷就可以獲得銀微粒，而原本的膏體材料里并不包含銀微粒。這些排列緊密的銀微粒將分散在氟橡膠中的銀屑連接了起來

未拉伸前，彈性導體的電導率為4972西門子/厘米，按照一般標準是非常高的電導率。拉長至原長三倍后，電導率為1070西門子/厘米，幾乎為之前所開發(fā)的導體電導率（192西門子/厘米）的6倍。拉長至原長的5倍后，新導體仍然維持了高達935西門子/厘米的電導率，在同樣程度的拉伸中，這是最高的紀錄。

經(jīng)過掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）的放大，研究者發(fā)現(xiàn)導體性能優(yōu)異的原因是銀（Ag）微粒的自發(fā)形成，這些銀微粒僅有銀屑尺寸的千分之一，在復合導電膏體印刷并加熱之后均勻地散布在氟橡膠中的銀屑之間。

科學家們還發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整某些變量，比如氟橡膠的分子量，可以控制銀微粒的數(shù)量和分布，而加入表面活性劑和加熱可以提高微粒形成的速度并影響微粒的尺寸。

圖 | 來自東京大學 Someya（染谷）團隊。這個手套的每一個指尖上壓力傳感器都與一個 LED 連通，LED 的亮度隨著指尖的壓力變化而變化。這種手套可以用來感知難以檢測的壓力的大小

為了展現(xiàn)這種導體的可行性，科學家完全用印刷的方法制作了可拉伸的壓力傳感器和溫度傳感器，并與紡織品上的彈性導體連接起來，這些傳感器可以感受微弱的力,并能測量接近于室溫和體溫的溫度，并且在被拉伸到原長度的3.5倍時仍給出精準的測量結(jié)果。

這樣的性能使它適用于貼身的運動服裝的手肘和膝蓋等部位，或是機械手變形較大的關(guān)節(jié)處。

這種新型材料經(jīng)久耐用，并且適合高產(chǎn)量的印刷方式，如孔板印刷和絲網(wǎng)印刷等大面積印刷，因而易于安裝；其印刷過程中產(chǎn)生的銀微粒又為服飾、機器人和可變形電子器件等領(lǐng)域的許多應(yīng)用提供了更為經(jīng)濟的解決方案。

該團隊目前正在尋找比銀屑成本更低的材料，同時也著眼于其他的有機聚合物，如無氟橡膠，也在進一步探尋各種不同的材料組合和處理方法制作類似的高性能彈性材料。