美研发能拉伸离子导体 在医学、柔性机器人等领域有广阔前景

美国哈佛大学一个研究小组宣布，他们在实验室中造出了可拉伸且全透明的离子导体，能在一万赫兹以上的频率及一万伏以上的电压下工作。这种离子导体在医学、柔性机器人和柔性光学器件等领域有着广阔的应用前景。



伸缩性导体可应用在生物医学等多个领域，成为业界研究热点。但现有伸缩性导体大多是电子导体，尽管它们具有良好的导电性与拉伸性，但在高频高压或在高度变形的情况下工作，导电性能将受较大影响，此外透明度与生物相容性都不及离子导体。

研究小组负责人、哈佛大学应用科学与工程学院锁志刚教授在接受采访时说，他们用盐水与高分子聚合物网络相结合，做成水凝胶离子导体。在水凝胶里，水使离子导电，聚合物网络则提供固体形状。“我们的水凝胶像果冻和凉粉，但是可拉伸性极强，可拉伸5倍以上。”他们用水凝胶做了一系列器件，包括一个全透明大变形传感器以及一个透明的扬声器，可放各种音量的音乐。

对于这个已发表在《科学》杂志上的成果，锁志刚说，使用离子导体制作器件，通常会遇到两个困难：一是高电压会引起电化学反应，二是离子比电子大、重，移动速度慢得多，造成离子导体的导电系数要比许多电子导体低很多。他们用绝缘橡胶解决了这两个难题。

锁志刚解释说，在他们的器件中，用绝缘橡胶夹在两层离子导体之间，从而能控制电压接口，杜绝了电化学反应出现。与此同时，橡胶层作为电容器，只要有很少量电荷就可导致很大的变形。由于它的电容很小，因此器件的频率可以极高，这样就可用离子导体做高频器件，而不受导电系数问题限制。

对于离子导体的意义，锁志刚说，离子导体的多样性将为各种应用提供更多选择。比如，现代医学需要电子器件直接接触皮肤、心脏及大脑，可拉伸、透明且具有生物相容性的离子导体就可能比电子导体更适合。

锁志刚承认，水凝胶作为离子导体有其缺陷，包括水分容易蒸发从而变得干燥等。因此他们下一步计划研制不易挥发的离子导体。此外，他们还计划用离子导体造出柔性机器人的控制元件与生物医学器件。