香港理工大學(xué)研發(fā)出一種適用于穿戴式電子設(shè)備的高透氣及超彈性導(dǎo)電材料。此種創(chuàng)新導(dǎo)電材料是 以涂抹或者印刷方法將液態(tài)金屬物料加于彈性纖維網(wǎng)上，這種彈性纖維網(wǎng)是以靜電紡絲程序制成， 透氣度高、彈性強(qiáng)、能導(dǎo)電且導(dǎo)電穩(wěn)定性高，可以廣泛應(yīng)用于健康監(jiān)測設(shè)備、軟體機(jī)械人和貼在皮 膚上的電子裝置。本研究項目的結(jié)果（Permeable superelastic liquid-metal fibre mat enables biocompatible and monolithic stretchable electronics）已經(jīng)發(fā)表在《Nature Materials》雜志上。

據(jù) IDTechEX 預(yù)測，在智能電話之后，穿戴式電子產(chǎn)品將會在市場上具有龐大的發(fā)展?jié)摿ΓA(yù)計到 2026 年，市場總值將超過 1500 億美元。穿戴式電子設(shè)備、貼在皮膚上的電子裝置、軟體機(jī)械人和生物電子零件均需采用高彈性的電子裝置和系統(tǒng)部件。

然而，現(xiàn)時很多這類部件只能裝嵌在不透氣的彈性厚片上，長時間佩戴會引致嚴(yán)重皮膚敏感、發(fā)炎等問題。此外，由于市場上用于電子裝置的材料透氣度低，不適合把具感應(yīng)功能的裝置植入，然后疊起多層嵌置在產(chǎn)品中；因此令可拉展的電子裝置產(chǎn)品在功能增潤方面受到局限。

由香港理大紡織及服裝學(xué)系鄭子劍教授所領(lǐng)導(dǎo)，并由應(yīng)用物理學(xué)系、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系跨專業(yè)科研人員組成的研究團(tuán)隊，成功研發(fā)出新型高透氣、超彈性的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料能應(yīng)用于多功能并可與生物兼容的電子設(shè)備。此創(chuàng)新導(dǎo)電材料名為「液態(tài)金屬纖維氈」（liquid-metal fibre mat），利用涂抹或打印技術(shù)，把液態(tài)金屬加于以靜電紡絲制成的彈性纖維網(wǎng)上，再經(jīng)過拉展程序，懸掛在彈性纖維網(wǎng)之間的液態(tài)金屬便會自行形成橫向多孔、縱向彎曲的結(jié)構(gòu)?！敢簯B(tài)金屬纖維氈」透氣度極高，并且經(jīng)拉力測試后仍能維持高彈性和超高導(dǎo)電能力。此外，物料亦具備優(yōu)良的生物兼容性，可直接在人體皮膚上使用。

鄭教授解釋 ：「我們所選用的液態(tài)金屬是通常用于制造可屈曲電路板的低熔點(diǎn)鎵銦合金（EGaIn），并打印在通常用于手套、氣球等橡膠產(chǎn)品的彈性苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯（poly(styrene-block-butadiene-blockstyrene)，SBS）物料上，組合成『液態(tài)金屬纖維氈』。之后我們把氈子拉展至 18 倍，并重復(fù)進(jìn)行 12 次，氈子便會自動形成一些小孔，令透氣度大大提高。以測試的樣本為例，我們把0.8mg cm-2 份量 EGaIn 涂印在 320 微米厚的 SBS 纖維物料上，再經(jīng)拉展程序后，其透氣度提升至每天 724gm-2，較日常用的護(hù)理膠布（每天 31gm-2 ）高出 22 倍。樣本亦曾在活體小兔皮膚上進(jìn)行測試，生物兼容的效果理想，并沒有出現(xiàn)任何皮膚敏感的狀況?！?/p>

EGaIn 是一種在室溫下仍能保持液態(tài)的金屬材料，不但黏性低、導(dǎo)電能力高、毒性低，而且暴露在空氣時，能在表面迅速形成薄薄一層氧化物（Ga2O3）。經(jīng)過拉展程序后，氧化物會出現(xiàn)小孔和彎曲的折紋，令其變得更具彈性，導(dǎo)電效果更佳。

香港理大紡織及服裝學(xué)系鄭子劍教授率領(lǐng)團(tuán)隊，成 功研發(fā)適用于穿戴式電子設(shè)備的「液態(tài)金屬纖維 氈」。這種創(chuàng)新導(dǎo)電材料透氣度高，而且極具彈 性，導(dǎo)電能力高，可印上相關(guān)電路，作為健康監(jiān)測 傳感器使用。

此外，研究團(tuán)隊亦利用「液態(tài)金屬纖維氈」制成三片分別用以量度心電圖、汗液和溫度的傳感器，并且把它們迭在一起使用。迭起三層后，物料厚度約為一毫米，而三個傳感器均能正常運(yùn)作，且保持高透氣度。這足以證明此創(chuàng)新的「液態(tài)金屬纖維氈」能夠疊起使用，具備多功能且穿戴舒適的優(yōu)點(diǎn)。

總之，「液態(tài)金屬纖維氈」是一種高透氣和超彈性的嶄新導(dǎo)電材料，通過把液態(tài)金屬涂抹或打印于彈性纖維物料，再經(jīng)過簡單的拉展程序而制成。即使疊起多層使用，仍能維持高透氣度。此創(chuàng)新導(dǎo)電材料有助于開發(fā)各種穿戴式電子設(shè)備，進(jìn)一步整合具有多項功能的設(shè)備，令長時間穿戴更感舒適。

本研究項目主要獲得香江學(xué)者計劃與香港研究資助局撥款支持。研究團(tuán)隊會進(jìn)一步加強(qiáng)「液態(tài)金屬纖維氈」的性能，并開發(fā)不同類型的護(hù)理電子產(chǎn)品及系統(tǒng)。