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[成就] 汉阳大学开发出感应外部刺激的尖端电子材料形状控制技术
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  • 2023-11-14 16:32:09

     汉阳大学于31日表示,汉阳大学有机纳米工程学系的魏正宰教授的研究组和韩泰熙教授的研究组共同开发出了感应光或电刺激,可以主动、可逆地改变三维形状的尖端电子材料。


    柔性电子材料(Flexible Electronics)可适用于身体的流线型形态,可应用于可穿戴设备(Wearable device)及传感器等,因此全世界都在积极进行研究该领域的相关技术。

    但是,随着电子材料的小型化,小型柔性电子材料为了形状的变形性,需要用人手直接用力手动变形,因此存在局限性。 另外,由于小型化带来的空间限制,存在可以自动进行形状变形的机械系统及为持续提供驱动力的电池等动力系统的引进的限制。

    因此,通过开发能够主动地感应诸如光或电刺激之类的外部刺激并根据情况改变形状的智能电子材料,可以作为打破柔性电子材料所具有的局限性技术使用。

    该研究组所关注的核心材料液晶弹性体(Liquid crystal elastomer)是具有各向异性(anisotropic)分子结构的高分子物质,通过分子取向的精细调节,可以进行多种角度的弯曲及扭曲等变形技术。

    研究组为了将非导体液晶弹性体物质用作电子材料,将导电性非常优秀的二维MXene材料与液晶弹性体混合成薄的双层形态,开发出了可以主动/可逆地变形的尖端电子材料。

    液晶弹性体/MXene双层的主体总厚度为50微米,制作成薄膜形态,MXene层采用0.37微米厚度,是主体总厚度的133倍。

    该双层材料由于厚度薄,可以实现灵活弯曲,通过MXene表面的各种羟基、氧基和液晶弹性体中的液晶分子之间的氢键产生优秀的界面粘合力,且其耐久性也很强。

   实际上,研究组将具有导电性的液晶弹性体/MXene双层引入到实际电子电路中,实现了在红外线刺激下使用可逆弯曲运动来调节电子电路驱动的智能开关。

    另外,通过引入将多个双层以期望的形状粘贴的群集组装结构,不仅可以在原地重复简单的操作,还可以启动多功能(Actuation)。 通过引入非对称组装结构,反复弯曲时,向一个方向产生滚动(Crawling)运动,进行直行运动或积累能量。 使用瞬间发散的快闪(Snap-through)动作,实现了跳跃动作和将小型物体飞向远处的射光动作。

    魏正宰教授表示:"本研究使用了可以吸收光、导电性高的MXene, 通过红外线或低电压的电刺激可以诱导液晶高分子的可逆形状变化,今后有望适用于智能天线、形状可变型二次电池等新应用领域。"

    该论文(题目:Multi-functional locomotion of collectively assembled shape-reconfigurable electronics)由汉阳大学有机纳米工程系硕博综合课程生赵雄飞担任第一作者,姜东俊硕博综合课程生担任共同第一作者,咸敏贞硕士课程生作为共同作者参与,优秀性得到认可,刊登在著名国际学术杂志《Nano Energy(IF=17.6)上。 另外,相关研究是在韩国化学研究院及韩国研究财团的支援下进行的。

[照片资料1] 形状可变型液晶高分子/基于MXene双层形状可变型电子材料的多种驱动动作

 

[照片资料1] 形状可变型液晶高分子/基于MXene双层形状可变型电子材料的多种驱动动作

 

[照片资料2] (左起)汉阳大学有机纳米工成学系的魏政宰教授、硕博综合课程生赵雄飞、韩泰熙教授、姜东俊博士课程生

[照片资料2] (左起)汉阳大学有机纳米工成学系的魏政宰教授、硕博综合课程生赵雄飞、韩泰熙教授、姜东俊博士课程生

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