記者1月13日從天津大學(xué)獲悉，該校精密測(cè)試技術(shù)及儀器全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃顯、國(guó)瑞團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院汪鴻章團(tuán)隊(duì)合作，提出一種基于液態(tài)金屬電路與熱塑性薄膜的“熱縮制備策略”，使復(fù)雜精密的電子電路能像“熱縮保鮮膜”一樣，在熱風(fēng)作用下緊密貼合于任意形狀的物體表面。該研究讓高性能電子器件從“平面”走向“立體”成為可能，為柔性電子與智能感知領(lǐng)域帶來(lái)重要突破。相關(guān)成果已于近期發(fā)表在國(guó)際期刊《自然·電子學(xué)》上。
一直以來(lái)，在不規(guī)則曲面上制造高性能電路是柔性電子領(lǐng)域的難題。傳統(tǒng)的3D打印成本高、速度慢，而常規(guī)的貼附方法又難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的凹凸表面。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用常見(jiàn)的熱塑性薄膜為基底，此材料遇熱收縮，可緊密包裹物體。為解決普通金屬在收縮中易斷裂的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)研制出具有高導(dǎo)電性和良好流動(dòng)性的半液態(tài)金屬材料，并通過(guò)自主打印技術(shù)在平面薄膜上“繪制”電路。
更巧妙的是，團(tuán)隊(duì)通過(guò)仿真技術(shù)預(yù)先計(jì)算形變，使得平面電路在約70攝氏度的溫水或熱風(fēng)處理后，能按照預(yù)先設(shè)計(jì)的“變形藍(lán)圖”快速自適應(yīng)貼合立體表面，整個(gè)過(guò)程僅需約5秒。實(shí)驗(yàn)表明，即使經(jīng)過(guò)5000次反復(fù)彎折或扭轉(zhuǎn)，該電路導(dǎo)電性能依然保持穩(wěn)定。
“這種高效、低成本的觸覺(jué)解決方案，有望加速智能機(jī)器人融入日常生活的進(jìn)程。”論文第一作者、天津大學(xué)感知科學(xué)與工程系的蔣成杰博士介紹，團(tuán)隊(duì)已成功為機(jī)器人手臂、頭部定制了貼合的觸覺(jué)傳感器陣列，讓機(jī)器人擁有了靈敏的“電子皮膚”。團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)出一款集成壓力與溫度傳感器的“智能手套”，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，機(jī)器人通過(guò)“摸一摸”識(shí)別物體的準(zhǔn)確率高達(dá)97%。
不僅如此，該技術(shù)的應(yīng)用潛力正向更廣闊的產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景延伸。在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可將輕薄的電路貼附于果蔬表面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)運(yùn)溫濕度，保障新鮮品質(zhì)；在航空航天領(lǐng)域，能為飛機(jī)機(jī)翼定制一體化加熱電路，實(shí)現(xiàn)高效除冰；在智慧醫(yī)療領(lǐng)域，可制作指套式脈搏傳感器或智能繃帶，實(shí)現(xiàn)舒適精準(zhǔn)的健康監(jiān)測(cè)。即便在特氟龍、潮濕木材、粗糙石膏等傳統(tǒng)粘膠難以貼附的表面，該電路也能緊密貼合，展現(xiàn)出強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性。
編輯：李華山
