《Materials Today》：基于透氣聚合物納米網(wǎng)襯底上的可清洗、可拉伸、可重復(fù)使用的核殼金屬納米線網(wǎng)絡(luò)的電子器件（IF=24.269）

背景：

最近，為了最大限度地減少用戶的不適，人們開發(fā)了基于聚合物納米纖維的多孔結(jié)構(gòu)，稱為“透氣器件”。盡管這些器件能夠與皮膚保形結(jié)合，并具有透氣性，但它們的性能和耐用性明顯低于傳統(tǒng)的基于薄膜的設(shè)備。在這項研究中，使用光子燒結(jié)和電鍍(IPL-EP)工藝在納米網(wǎng)格基底上制造了一種超耐用的嵌入式銀-金核殼納米線網(wǎng)絡(luò)(AANN)。AANN旨在實現(xiàn)透氣性和耐用性，而不會犧牲器件性能。它可用于透氣納米網(wǎng)格電子產(chǎn)品，并表現(xiàn)出低薄層電阻(1.4Ωsq^-1)、循環(huán)穩(wěn)定性(超過20,000次循環(huán))、化學(xué)品穩(wěn)定性(水基溶液和高腐蝕性H₂O₂溶液)、可洗性(20次洗滌)和可重復(fù)使用性。此外，它還用于可重復(fù)使用的導(dǎo)電電子紡織品，并展示了其作為可重復(fù)使用的應(yīng)變傳感器（用于運動檢測）和可穿戴加熱器（用于熱療）的應(yīng)用。此外，基于AANN的導(dǎo)電線具有出色的電氣性能（0.3Ωcm^-1）和耐用性，并且在50次洗滌循環(huán)后仍能保持其電氣特性。所提出的工藝可以大規(guī)模制造高度耐用的透氣電子產(chǎn)品、電子紡織品和其他生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

文獻介紹：

已經(jīng)開發(fā)出具有多種功能的可穿戴設(shè)備和電子皮膚，用于在日常運動中監(jiān)測生命信號，而不會給用戶帶來任何不便?？纱┐髟O(shè)備的共形集成（與人體皮膚）和透氣性對于最大限度地減少用戶不適非常重要。共形集成可減輕身體壓力，而透氣性可防止器件與皮膚接觸區(qū)域的皮膚炎癥。因此，基于聚合物納米纖維網(wǎng)狀物的多孔裝置（“可透氣裝置”）被認為是一種先進的可穿戴器件，并引起了廣泛關(guān)注。透氣裝置概念最初由Someya的研究小組于2017年提出；它與人體皮膚和計算機界面共形集成，具有出色的透氣性。這一概念啟發(fā)了許多關(guān)于可穿戴設(shè)備的研究，近年來對透氣設(shè)備的研究興趣也日益增加。然而，由于結(jié)構(gòu)限制，此類設(shè)備的耐用性和電氣性能較差。與傳統(tǒng)的二維(2D)平面薄膜基底相比，透氣裝置是在相對粗糙且不規(guī)則堆疊的三維(3D)聚合物納米纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上制造的。在真空沉積或制造過程中，很容易在納米網(wǎng)格基底表面形成不均勻且離散的活性層。該層很容易因動態(tài)運動而破裂，從而導(dǎo)致器件故障。

傳統(tǒng)上，該問題通過在納米網(wǎng)格基底上沉積溶液分散的金屬納米線來解決，如Wang等人所提出的。金屬納米線之間的纏結(jié)和互連彌補了納米網(wǎng)格基底的結(jié)構(gòu)缺陷，因此與2D平面基底相比，器件性能沒有顯著差異。這種方法顯著提高了器件性能，但并沒有提高循環(huán)耐久性。

最近，人們已利用熱退火和光子燒結(jié)開發(fā)出一種嵌入和焊接在納米網(wǎng)狀基底上的銀(Ag)納米線網(wǎng)絡(luò)，以提高耐用性。然而，這種改進對于實際應(yīng)用來說仍然不夠。此外，Ag納米線網(wǎng)絡(luò)對活細胞有毒，并且由于其高氧化傾向而在生物環(huán)境中具有高度腐蝕性；這個問題在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中尚未得到解決。在這項研究中，我們開發(fā)了一種生物相容性、可拉伸且超耐用的嵌入式核殼金屬納米線網(wǎng)絡(luò)。它的結(jié)構(gòu)限制是使用兩步方法解決的：

(1)使用光子燒結(jié)將Ag納米線嵌入納米纖維基質(zhì)表面以創(chuàng)建錨點

(2)將金(Au)電鍍到嵌入的Ag納米線網(wǎng)絡(luò)上。因此，我們制造出了堅固的焊接接頭，可以顯著提高機械、電氣和化學(xué)性能。

這種方法被稱為光子燒結(jié)和電鍍(IPL-EP)工藝，用于制造嵌入式銀-金核殼納米線網(wǎng)絡(luò)(AANN)。電鍍工藝還可用于在銀納米線網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建生物相容性的金外表面，以及納米線網(wǎng)絡(luò)的高度堅固的化學(xué)連接焊接。AANN表現(xiàn)出優(yōu)異的機械耐久性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性。此外，即使經(jīng)過50次洗滌循環(huán)（按照國際標準化組織(ISO)6330程序）和戶外干燥30天后，AANN的性能仍保持不變。這項研究首次展示了透氣設(shè)備的可重復(fù)使用性及其應(yīng)用，例如用于熱療的實際導(dǎo)電線和紡織品集成加熱。使用IPLEP制造AANN以及本研究中進行的測試表明，所提出的工藝在可重復(fù)使用、超耐用、透氣的電子產(chǎn)品和基于電子紡織品的可穿戴設(shè)備中具有巨大的潛在適用性。

引用：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122002759?via%3Dihub

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