一种新的导电“毡”即使在扭曲、弯曲和拉伸时也能导电。信贷:马修Catenacci
Fitbit的运动追踪功能可能很快就会从你的手腕跳到你的衣服上。
研究人员正试图在我们的衬衫、帽子和鞋子中嵌入电子产品，比如健身追踪器和健康监视器。但没人想让硬铜线或硅晶体管扭曲他们的衣服或戳进他们的皮肤。
杜克大学本杰明·威利实验室的科学家们发明了一种新的导电“毡”，这种“毡”可以很容易地在织物上形成图案，从而制造出柔韧的电线。这种毛毡由镀银的铜纳米线和硅橡胶组成，即使在反复弯曲、拉伸和扭曲的情况下也能导电。
威利小组的研究生马修·卡特纳奇(Matthew Catenacci)说:“我们想创造一种可以在身体上伸展的连接方式。”
导电毡是由一堆相互交织的镀银铜纳米管填充可拉伸硅橡胶(左)制成。当拉伸时，由更柔韧的橡胶制成的毡比由更硬的橡胶制成的毡(中间)更能承受小的撕裂和小孔。这些撕裂可以在毛毡的小洞中看到(右)。信贷:马修Catenacci
为了制造出一种柔韧的金属线，研究小组首先将铜纳米线的溶液和水通过模板吸入其中，创造出一堆编织成所需形状的纳米线。杜克大学(Duke)的化学副教授威利(Wiley)说，这种材料类似于构成毛毡的交织纤维，但规模要小得多。
威利说:“在我看来，这些电线就像未煮熟的意大利面。”“水经过，然后你就得到了一堆孔隙率很高的树枝。”
将编织好的纳米线加热到300华氏度，将触点熔合在一起，然后加入硅橡胶来填补导线之间的空隙。
为了显示这种新材料的柔韧性，链状结构将纳米线编织成各种弯曲的蛇形图案。将电线拉伸和扭转300次也不会降低电导率。
这种材料在扭曲和拉伸时保持导电性。信贷:马修Catenacci
卡特纳奇说:“在更大的范围内，你可以拿一件衬衫，把它放在真空过滤器上，然后用一个模具，你可以创建任何你想要的金属图案。”“在你加入硅树脂之后，你就会得到一块可以拉伸的布料。”
他们的毛毡并不是第一个展示体操运动员敏捷性的导电材料。由银薄片制成的柔性电线也表现出这种独特的特性。但到目前为止，这种新材料的性能是其他材料中最好的，而且成本也低得多。
“这种材料在拉伸后的导电性比其他任何具有如此高初始导电性的材料都要好。这就是它的区别，”威利说。
“铜银纳米线毡制成的可拉伸导电复合材料，”马修·j·卡特纳奇、克里斯托弗·雷耶斯、穆佳·a·克鲁兹和本杰明·j·威利说。ACS Nano, 2018年3月14日。DOI: 10.1021 / acsnano.8b00887
作者:Kara Manke
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://researchblog.duke.edu/2018/04/02/stretchable-twistable-wires-for-wearable-electronics/