Одноэтапный метод модификации гидрогеля однослойными углеродными нанотрубками для эластичной и прозрачной электроники

Ученые из Сколковского Института Науки и Технологий (Сколтех) и Массачусетского Технологического института (MIT, США) предложили новый метод изготовления высокопрозрачных, электропроводящих, растягиваемых гидрогелей, модифицированных пленками однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ). Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces.

Простейшая схема из ОУНТ/гидрогеля, прикрепленная к коже в расслабленном состоянии и растянутая до 50%

Простейшая схема из ОУНТ/гидрогеля, прикрепленная к коже в расслабленном состоянии и растянутая до 50%

Гидрогель – это новый мягкий и биосовместимый материал, который активно используется в современных технологиях, таких как тканевая инженерия, системы доставки лекарств, биомедицина, эластичная электроника, а также био-робототехника. Кроме того, гидрогели имеют физиологические и механические свойства, идентичные человеческой коже и представляют собой идеальный материал для эффективной биоинтеграции электронных устройств. Электропроводящие гидрогели привлекают большой интерес в области науки о биоматериалах из-за их уникальных электрических свойств. Однако эффективная интеграция проводящих включений в матрицу гидрогеля для повышения проводимости таких материалов остается большой проблемой.

 

ОУНТ – уникальный наноматериал, который представляет собой пленку из углеродных нанотрубок, обладающих исключительными тепловыми, электронными и механическими свойствами. В своей работе ученые представили одноэтапный метод сухого переноса пленок ОУНТ на гидрогель, который позволяет избежать типичных проблем, а также упростить весь процесс изготовления электропроводящих гидрогелей. Исследователи продемонстрировали два способа изготовления структур ОУНТ/гидрогель: первый подход основан на сухом переносе ОУНТ с фильтра на подготовленную поверхность гидрогеля, в то время как второй подход основан на предварительном предрастяжении гидрогеля до осаждения на него пленки ОУНТ. Основываясь на проведенных исследованиях ученые установили, что первый подход может быть использован для интеграции структур ОУНТ/гидрогель в качестве материала, чувствительного к деформации: повторяющееся изменение сопротивления наблюдалось в течение 5000 циклов растяжения/сжатия. Второй подход к созданию таких структур позволяет преодолеть низкую проводимость при высоких деформациях и обеспечить высокую прозрачность одновременно. Кроме того, он может использоваться, когда требуется стабильная работа электродов во время растяжения без изменения электрических свойств.

«В этой работе мы получили новые прозрачные, эластичные, проводящие и биосовместимые структуры гидрогеля, модифицированного пленками ОУНТ, для создания пассивных стабильных электродов и активных датчиков растяжения для носимой и эластичной электроники. Одноэтапный и универсальный метод изготовления структур ОУНТ/гидрогель позволяет достигать 100% деформации (удлиннение в два раза). Наш метод формирования шаблонов электронных схем из ОУНТ позволяет создавать различные носимые устройства, в том числе используемые для «электронной» кожи», – говорит первый автор статьи, опубликованной в журнале ACS Applied Materials and Interfaces, аспирант Сколковского Института Науки и Технологий, Евгения Гильштейн.

«Используя предлагаемый подход, мы реализуем механически прочные, эластичные, биосовместимые, проводящие и прозрачные структуры ОУНТ/гидрогель и демонстрируем их применение в качестве датчиков изгиба суставов и электрокардиографических электродов. Преимущества предлагаемых структур с точки зрения проводимости, эластичности, прозрачности и применимости для создания электронных схем очевидны и обсуждаются в нашей исследовательской работе. Исследование было поддержано Программой Сколтеха-MIT Next Generation, а также Российским научным фондом», – говорит профессор Сколковского Института Науки и Технологий Альберт Насибулин.

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook0Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK