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用於可穿戴設備和軟體機器人的新型可拉伸、自愈和發光的電子材料

图片说明:用於可穿戴設備和軟體機器人的新型可拉伸、自愈和發光的電子材料,。

本文參加百傢號#科學瞭不起#系列征文賽。新加坡國立大學的研究人員開發瞭一種新型可拉伸材料,用於發光電容器設備時,可以在更低的工作電壓下實現高度可見的照明,而且還具有自我修復特性,還能抵禦損壞。這項研究成果被稱為HELIOS器件(HELIOS是Healable, Low-field Illuminating Optoelectronic Stretchable的縮寫),由新加坡國立大學健康創新技術研究所和新加坡國立大學材料科學與工程學院的Benjamin Tee助理教授和他的團隊完成。該研究結果於2019年12月16日在《Nature Materials》雜志上首次報道。"傳統的可拉伸光電材料需要高電壓和高頻率才能達到可見光亮度,這限制瞭其便攜性和工作壽命。這樣的材料也很難安全、安靜地應用於人機界面,"新加坡國立大學的Asst Prof Tee解釋道。為瞭克服這些挑戰,新加坡國立大學五名研究人員的團隊在2018年開始研究和實驗可能的解決方案,並在一年後最終開發出瞭HELIOS。為瞭降低可拉伸光電材料的電子工作條件,該團隊開發瞭一種具有非常高的介電常數和自修復特性的材料。該材料是一種由獨特的氟橡膠和表面活性劑混合而成的透明彈性橡膠板。高介電常數使其能夠在較低的電壓下儲存更多的電子電荷,在發光電容器件中使用時,可以獲得更高的亮度。與現有的可拉伸發光電容不同的是,HELIOS啟用的器件可以在低4倍的電壓下開啟,實現20倍以上的照度。在2.5V/m的條件下,其照度也達到瞭1460cd/m2,是迄今為止可拉伸發光電容所能達到的最亮的亮度,目前已經可以與手機屏幕的亮度相媲美。由於功耗低,HELIOS可實現更長的工作壽命,可安全地用於人機界面,並可無線供電,提高便攜性。此外,HELIOS還具有抗撕裂、抗刺破的特性。材料分子之間的可逆鍵可以被打破和重構,從而使材料在環境條件下能夠自我修復。在描述HELIOS的潛在影響時,Tee助理教授說:"光是人類與機器之間的重要溝通方式。隨著人類越來越依賴機器,利用HELIOS制造出的發光設備或顯示器,不僅耐用,而且節能,具有巨大的價值。這可以為制造商和消費者帶來長期的成本節約,減少電子浪費和能源消耗,反過來,也使先進的顯示技術變得既環保又省錢。"例如,HELIOS可用於制造長效的無線顯示屏,可防止損壞。它還可以作為軟體機器人的照明電子皮膚,用於智能室內農業、太空任務或災害地區。新加坡國立大學的團隊已經為這種新材料申請瞭專利,並希望將該技術推廣到特種包裝、安全燈、可穿戴設備、汽車和機器人應用中。論文標題為《A transparent, self-healing and high-κ dielectric for low-field-emission stretchable optoelectronics》。

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