陈晓东/鲍哲南/刘志远最新Nature：像“乐高积木”一样轻松组装可拉伸电子设备！

可拉伸的混合设备已经实现了高保真的植入式和皮肤上的生理信号监测。这些设备通常包含与人类和软体机器人的机械要求相匹配的软模块，包含硅基微电子和保护性封装模块的刚性模块。为了使这种系统在机械上符合要求，模块之间的连接需要承受应力集中，这可能会限制它们的拉伸，最终导致脱胶失败。

2023年2月15日，新加坡南洋理工大学陈晓东、斯坦福大学鲍哲南及中国科学院深圳先进技术研究院刘志远共同通讯在Nature 在线发表题为“A universal interface for plug-and-play assembly of stretchable devices”的研究论文，该研究报告了一个通用接口，它可以可靠地将软模块、刚性模块和封装模块连接在一起，以即插即用的方式形成稳健的和高度可拉伸的设备。该界面由互穿聚合物和金属纳米结构组成，通过简单的按压来连接模块，而无需使用浆料。它的形成由双相网络增长模型描述。

通过该接口连接的软-软模块的机械和电气拉伸性能分别达到600%和180%。软模块和硬模块也可以使用上述接口进行电连接。具有该界面的软模块的封装具有强粘接性，界面韧性为0.24  N mm−1。作为概念证明，该研究使用该接口组装可拉伸装置，用于体内神经调节和皮肤肌电图，具有高信号质量和机械阻力。总之，这种即插即用的接口可以简化和加速皮肤上和可植入的可拉伸设备的开发。

可拉伸混合装置是通过将几个模块连接在一起组装而成的。它们可分为三种基本类型：机械匹配人体或软体机器人的组织/皮肤的软模块，由硅基微电子组成的刚性模块和用于保护的封装模块。这些模块具有不同的材料、形状因素和加工技术，通常是独立制造的，然后使用各向异性导电膜(ACF)和银糊等商业导电糊进行组装。挑战在于，由于浆料和模块之间的机械不匹配，组装的连接在变形下会出现界面失效。这个问题极大地限制了可拉伸电子系统的复杂性和鲁棒性。

人们尝试了各种方法来解决这些问题。全软电子(没有刚性Si组件)已被开发以消除界面处的机械失配。然而，硅基器件仍然是信号处理和无线通信所必需的。也有人用液态金属代替刚性浆料，但其高表面张力导致界面附着力低，并可能涂抹到不需要的地方。由具有导电填料的自愈合聚合物或水凝胶基质组成的复合材料可能会消除或替代浆料的使用。然而，它们的大厚度(几十到几百微米)导致机械不匹配和降低机械或电气稳健性，以及不适用于超薄电子设备。

可拉伸混合设备的BIND连接（图源自Nature ）

在这项工作中创建了一个双相纳米分散(BIND)接口，可以可靠地将软、刚性和封装模块连接在一起，以即插即用的方式，而不使用粘贴。任何带有BIND接口的模块都可以简单地面对面地压在一起，在不到10秒的时间内形成BIND连接。

该研究通过热蒸发金(Au)或银(Ag)纳米颗粒制备BIND界面，在自粘苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)热塑性弹性体内部形成互穿纳米结构，SEBS是一种广泛应用于可拉伸电子产品的软基板。SEBS基质表面附近的纳米颗粒形成了一个双相层(大约90纳米深)，其中一些纳米颗粒完全浸入其中，而另一些纳米颗粒部分暴露在外。这种界面结构在表面产生了暴露的SEBS和Au，在基体内部产生了互穿的Au纳米颗粒，这为坚固的BIND连接提供了连续的机械和电气途径。总之，这种即插即用的接口可以简化和加速皮肤上和可植入的可拉伸设备的开发。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05579-z

转自：“iNature”微信公众号

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