如今,微电子产业正在转变为朝着可穿戴电子装置和电子纺织品的方向发展。近日,德国马克斯·普朗克聚合物研究所(MPI-P)的科学家们与来自美因茨大学和罗兹理工大学的研究人员们合作成功解决了这个四十年的难题,并开发出一种方法,通过在三氟乙酸和丙酮的混合物中溶解尼龙并使之在真空中再次凝固,制造出铁电尼龙薄膜电容器。他们能够实现通常只有100纳米厚的尼龙薄膜,比人类发丝要薄几百倍,非常有望应用于可弯曲的电子器件或者服装中的电子器件。


德国马克斯·普朗克聚合物研究所发明新型尼龙薄膜,将应用于柔性透明电子器件


高度灵敏、可洗涤、自供电的新型电子织物(图片来源:美国化学学会)


因此,组成这些产品的电子材料,例如铁电材料,应该可以集成到我们的衣服中。尼龙(一系列的合成聚合物),于上世纪二十年代被首次提出并应用于女性长筒袜,如今已经成为纺织品中最广泛应用的合成纤维。


德国马克斯·普朗克聚合物研究所发明新型尼龙薄膜,将应用于柔性透明电子器件


(图片来源:维基百科)


它们由长链的重复分子单元(即聚合物)组成。这种结构中,每个重复的单元包含着氢、氧、氮、碳原子的特定排列。


德国马克斯·普朗克聚合物研究所发明新型尼龙薄膜,将应用于柔性透明电子器件


(图片来源:维基百科)


除了应用于纺织品,某些尼龙也被发现展示出所谓的“铁电性”。这意味着,正负电荷能够被分开,而且这个状态能被保持住。这种铁电材料在传感器、致动器、存储器和能量采集装置中使用。使用聚合物的优势在于,它们可以采用足够的溶剂来液化,因此可通过溶液低成本处理形成柔性薄膜,这些薄膜适用于电容、晶体管和二极管等电子器件。


这样就使得铁电聚合物成为与电子纺织品集成的一个可行选择。尽管多年来尼龙聚合物已被发现在织物与纤维中具有重要的商业应用,但是它们在电子器件中的应用一直受阻,因为我们无法通过溶液处理工艺创造出高质量的铁电尼龙薄膜。


马克斯·普朗克聚合物研究所的研究小组领头人卡马尔·阿萨迪(Kamal Asadi) 表示:“我们采用这种方法,已经制造出极度光滑的薄膜。这非常重要,因为它防止了例如电容器的电气故障以及电路的损坏。同时,光滑度使我们可以拥有透明的薄膜,并最终带来透明的电子器件。”


德国马克斯·普朗克聚合物研究所发明新型尼龙薄膜,将应用于柔性透明电子器件


(图片来源:MPI-P)


通过采用他们新开发的方法,卡马尔·阿萨迪领导的研究小组能够制造出高性能的尼龙电容器。科学家们让电容器原型经受延长的压力周期,并在数百万次操作周期下展示铁电尼龙的健壮性。这种尼龙薄膜将变成在未来柔性电子领域中使用的一个重要成分,并应用于可弯曲的电子器件或者服装中的电子器件。这些新发现将为多功能织物铺平道路,这些多功能织物可作为衣服覆盖我们的身体,同时通过我们的身体运动产生电力。


文章来源:环球创新智慧

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