戴上一枚護腕般大小的袖套，只需滑動一根手指，就可以隔空玩起俄羅斯方塊。近日，南京郵電大學材料科學與工程學院馬延文教授團隊與北卡羅萊納州立大學研究者們研發(fā)出一款具有透氣性的超薄、可拉伸多孔電極制備的表皮電子器件，在國內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。

隨著科技的進步，大眾在追求性能的同時，對于電子產(chǎn)品的體驗、舒適感的需求日益增加。用于監(jiān)測心率的運動電子手環(huán)，玩虛擬現(xiàn)實游戲時佩戴的眼鏡，逐漸走進大眾視野的智能手表……為了讓這些與人類“親密接觸”的電子產(chǎn)品佩戴時更為舒適，同時功能不受汗水影響，團隊決定從超薄透氣導電薄膜的研制入手。

對超薄透氣導電薄膜的開發(fā)而言，首先要解決兩個關(guān)鍵問題，一是制備可拉伸透氣基底薄膜，二是實現(xiàn)其導電性。“我們制備的這種超薄透氣性柔性電子器件，其核心創(chuàng)新之處在于將呼吸圖法這種廉價、快速、易于大面積制備的方法引入了透氣性表皮電子器件的制備中。”馬延文告訴《科技周刊》記者，呼吸圖法源于自然現(xiàn)象，即空氣中的水蒸氣會凝結(jié)在冷的表面上，例如冬天凝結(jié)在窗玻璃上的霧氣就是一種呼吸圖。科研工作者們經(jīng)過多年研究，摸索出了一套控制水滴凝結(jié)過程的條件，進而實現(xiàn)了對呼吸圖結(jié)構(gòu)的精準控制。

研究團隊成員周偉欣博士解釋，為了制備可拉伸透氣基底薄膜，研究人員將少量配置好的實驗溶液均勻涂覆在玻璃基板并立即放入高濕度環(huán)境中。溶液蒸發(fā)帶走熱量，使玻璃襯底降溫，進而導致水蒸氣冷凝在玻璃襯底上。這些冷凝后的水滴占據(jù)了襯底表面的空間，因此在有機溶劑完全蒸發(fā)后，就在玻璃襯底表面上留下了多孔結(jié)構(gòu)的薄膜。“我們在孔徑和孔結(jié)構(gòu)均一性上進行了平衡。在孔徑達到40 微米時，薄膜的孔結(jié)構(gòu)都是洞穿的。”

呼吸圖法成功制備出了可拉伸透氣基底薄膜，那么如何能使它具有良好的導電性?為此，研發(fā)團隊把薄膜在導電性能出色的銀納米線溶液中反復浸泡、烘干多次，以在薄膜上均勻覆蓋銀納米線導電網(wǎng)絡(luò)。“15~20微米的銀納米線附著在多孔聚氨酯薄膜的骨架上，將薄膜兩面聯(lián)通，從而實現(xiàn)雙面導電的特性。通過加熱加壓處理，銀納米線與薄膜的結(jié)合更緊密，其電學穩(wěn)定性也大大增強。”馬延文說。

那么，攻破了兩大難題所制備出的超薄透氣導電薄膜，是否真的可以在表皮電子器件透氣性、自支撐等方面實現(xiàn)突破?為了證明這種材料良好的皮膚相容性，團隊成員將電極材料貼敷在皮膚上一周，實驗結(jié)果顯示：佩戴期間皮膚絲毫沒有受到刺激，且材料仍可以正常導電。“這種材料還可以作為觸摸電極，與藍牙控制器一起集成在織物上，制作成具有無線操控功能的袖套，與電腦建立通訊后，能夠?qū)崿F(xiàn)鍵盤部分功能的操控。”馬延文表示，佩戴袖套玩俄羅斯方塊的游戲時，玩家觸摸袖套上的方向鍵，電腦上的磚塊迅速改變方向，且沒有人體能感知的遲鈍，靈敏度非常高。

除了穿戴式游戲設(shè)備，柔性導電薄膜還有相當廣闊的應用前景。馬延文認為：“目前，我們在論文中已經(jīng)展示了這種材料在長時間監(jiān)測生物電信號(心電圖等)和人機接口(自電容式觸摸傳感器)中的應用。在推廣應用方面，除了我們團隊自己進行材料放大和應用探索外，也非常愿意和相關(guān)企業(yè)合作，尤其可以在材料研制方面給予技術(shù)指導。”