עיצוב תוספת פולימרים עם יעילות חשמלית מוגברת עבור אלקטרוניקה גמישה

אלקטרוניקה גמישה מייצגת שינוי פרדיגמה בעיצוב המכשיר, המאפשרת מערכות תואמים, משקל, וארוכות שמשתלבות בצורה חלקה עם הגוף האנושי ואת פני השטח הלא סדירים.מ לפקחי בריאות לבישים ועור אלקטרוני לתצוגה מתקפלת וטקסטיל חכם, היישומים הפוטנציאליים הם עצומים.עם זאת, הקונפליקט היסודי בין גמישות מכנית והתנהלות חשמלית גבוהה מעכב התקדמות ארוכה.

הבנה של פולימרים

תוספות הן מקרומולקולות שנוצרו על ידי פולימריזציה של שרשרת-growth של מונומרים המכילים פחמן כפול או משולש אג"ח.התהליך בדרך כלל כרוך אינטור שפותח את ה- ⁇ -bond, המאפשר מונומרים להכפיל להוסיף אג"ח מולקולרית המכילה סוללות חד-חמצני ללא חיסול של מולקולות קטנות.

אסטרטגיות למניעה של חשמל

שלוש גישות עיקריות הופיעו על מנת להגביר את ההתנהלות החשמלית של פולימרים נוספים: היווצרות מורכבת עם ממלאים התנהגותיים, עיצוב מולקולרי של עמודות אחוריים מגובשים, ועומס כימי.כל אסטרטגיה מציגה הזדמנויות ייחודיות ואתגרים עבור אלקטרוניקה גמישה.

שילוב של מוליכים

הוספה nanofillers פונקציונלי כגון צינורות פחמן (CNTs), גרפן, ננווטים כסף, או מתכת nanoparticles יוצר רשתות שקיפות בתוך ממטריקס פולימר מטבולי מבודד, כאשר ריכוז הממלא עולה על סף ההנצחה, נושאת המטען יכול לעבור דרך פונקציונליות מכוונת או מנהרה בין חלקיקים.

עיצוב הפולימרים

הגישה הבסיסית ביותר היא לבנות מוליכות ישירות לתוך השדרה פולימרי על ידי יצירת מערכת מגובשת של החלפת אג"ח חד פעמי וכפליים.מבנה אלקטרוני זה מאפשר ⁇ -electrons כדי להידרדר לאורך השרשרת, המאפשר תחבורה מטען באמצעות תהליך המכונה "ההההפצה" בין מדינות מקומיות או באמצעות התנהגות דמוית להקה באזורים מסודרים ביותר.

לעשות

Intrinsic conjugated פולימרים הם מוליכים למחצה עם ריכוזי נושא מוגבל.Doping - את ההקדמה מבוקרת של ספקים אחראיים - יכול להגדיל את הפונקציונליות על ידי כמה פקודות של גודל. בפולימרים אורגניים, doping כרוך חמצון (p-doping) או צמצום של חנקות אחוריות (n-doping) את עמוד השדרה כדי ליצור קוטבונים או דו קוטביות מסורתיות.

עקרונות עיצוב עבור פולימרים מוליכים גמישים

שילוב מוצלח של פולימרים נוספים למכשירים אלקטרוניים גמישים דורש איזון בין כמה תכונות מולקולריות ומאקרוסקופיות.עקרונות עיצוב המפתח ניתן לחלק לארבעה קטגוריות: גמישות עמוד השדרה, יעילות תחבורה אחראית, עמידות מכנית, ויציבות תהליכים.

גמישות לאחור ומורמופיזיולוגיה

ה-Ficial Reboce חייב להכיל התכווצויות, מתיחה, ומסתובב ללא fracturing.Ririd מוט-like conjugated מבנים יכול גם להניב גבישים גבוהים וניידות מטען, אך לעתים קרובות להציג את הגמישות, כימאים מציגים חללים גמישים - כגון אליל, oligoether, או siloxane שרשראות - בין בלוקים מכופים.

המונחים: Transport mechanism

הבנה ו ⁇ של תחבורה מורפ היא מרכזית מוליכות גבוהה.בפולימרים מלוכדים, ספקים מטען לעבור דרך שילוב של תחבורה בתוך עמוד השדרה ו- interchain ההיגוי בין שרשראות סמוכים.האחרונה היא לעתים קרובות הצעד המגביל את קצב האלקטרוניקה האלקטרואקטיבית (הכוללתקפוכות) עם ניתוק חשמליות משמעותיות (או ניתוקציה) באמצעות מוטציות גבוהות של אבטחה רגשית) או לנטרל את הנית באמצעות מוטציות גבוהות של אבטחה רגשית.

רובוסטנטיות מכניות והתנגדות שומנית

מכשירים אלקטרוניים גמישים חייבים לעמוד שוב ושוב, מעוותים, ומתחרים ללא כשלון קטסטרופלי או אובדן התנהגות משמעותי.מחזורי הפולימרים של הפולימרים - מתחמיים, אורך הפסקה, וחוזק רב-ile - חייבים להיות תואמים ליישום.עבור חיישנים בעלי יכולת מוגברת (> 50%) נדרשים, בעוד תצוגות גמישות גמישות גמישות עם יציבות גבוהה הוא מספיק פלסטיק או תערובת עם יכולות רגשיות נמוכה של תרופות.

יעילות ו Scalability

עבור viorability מסחרית, פולימרים התנהגותית חייב להיות תהליך לסרטים דקים, ציפויים או דפוסים מודפסים באמצעות טכניקות תואמים ייצור של רול-to-roll.פתרון תהליךיות הוא בדרך כלל הרצוי, המחייב את הפולימרים להיות כל כךלול ב פותרים benigns (למשל, מים, אלכוהול, או הנדסה לא מחוסמת על גבי סוללות ירוקות) מאפשר פיזור חומרים כימיים כגון: ספקטרום אלקטרונים (pjetexitcrecoto-upitated) ללא השפעה אלקטרונית יותר.

פיתוחים אחרונים וקידום ספציפי יישומים

השדה היה עדים להתקדמות יוצאת דופן בשנים האחרונות, עם חומרים מוליכיים המבוססים על פולימר הנעים מתחנות מעבדה למכשירים אבטיפוס.שלושה אזורים בולטים: נגזרים גבוהים של PEDOT, תערובת פולימר מתוחה עבור e-textiles, ובאופן בלתי פנימי מנהלים פולימרים עבור ממשקים ביו-אלקטרוניקה.

PEDOT:PSS ו-Divatives

התקנים PEDOT:PSS נשאר הנפוץ ביותר בשימוש מסחרי חומרים אנפיןיים תוספת פולימרים מוליכים באופן מסחרי, התקדמות עדכנית כוללת את השימוש ב dopants משני כגון ethylene glycol, dimethyl sulfoxide (DMSO), ונוזלים איטוניים כדי לשפר באופן דרמטי את הפונקציונליות - מ ⁇ 1 S / ס"מ ל-4,000 ס"מ / בנוסחאות גבוהות אלה הם עכשיו משולבים לתוך מסך חשמלי.

להקות מוליכים ו Composites

עבור יישומים צמחיים וטקסטיל, פולימרים חייבים לא רק לנהל אלא גם למתוח ולהחלים.לשלב פולימרים מחוסנים עם אלסטומרנים כמו פוליאורטן, SEBS (סטיילין-את'ילן-butylene-styrene), או גומי טבעי הביא למוליכים מתוחים אחרים עם מוליכים עד 1000 ס"מ / 100%.

Bioelectronics ו-Nural Interfaces

הגמישות וההתנהגות הטונית של פולימרים רבים הופכים אותם אידיאליים עבור ציפוי עם רקמות ביולוגיות. PEDOT:PSS ופוליפיראטול משמשים נרחב בבדיקות עצביות, שתלים קוכלאר, ואלקטרודות אפידרמאליות (Apromal אלקטרו-אלקטרונית) שלהם מותאמות לאחרונה להפרעות עצביות טבעיות (ALT) ומפחיתה את השגיאה המכנית עם רקמות מוחיות.

כיוונים עתידיים ואתגרים בלתי פתורים

למרות התקדמות משמעותית, כמה מכשולים נותרו לפני תוספת חומרים מוליכים פולימרים להיות בכל מקום באלקטרוניקה גמישה.ראשון, מוליכות של אפילו את המוליכים האורגניים הטובים ביותר ( ⁇ 4,000 S / ס"מ) הוא עדיין סדר גודל מתחת לזה של תת-חמצני טיני (ITO) או כסף, אשר מגביל את השימוש שלהם באלקטרודות ביצועים גבוהים.

מסקנה

עיצוב נוסף פולימרים עם מוליכות חשמלית מוגברת הפך אבן הפינה של טכנולוגיית אלקטרוניקה גמישה.על ידי שילוב הנדסה מולקולרית - עלייה, איפור, עיצוב שרשרת צד - עם שליטה מורכבת ומורמוולוגית, החוקרים יצרו חומרים שיכולים להיות nd, למתוח, ועדיין לנהל חשמל עם יעילות מדהימה של אלקטרוניקה, כמו גם חומרים מבוססי מערכות דבקים קיימא של מערכות אלקטרו-תזונה, אשר עדיין מופעלות על ידי טיפול קוסמטיים, כמו גם על ידי מערכות אלקטרו-ידי טיפול אלקטרוניות, אשר נותרו מסוגלות, כמו גם על ידי שינוי יעיל יותר, כמו גם על ידי שינוי אופטימחדש של מערכות מתקדמות, כמו גם על ידי מערכות אלקטרו-ידי טיפוליות, אשר עדיין, כמו גם על ידי מערכות אלקטרו-ידי טיפול אופטימנטליות, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות, אשר מופעלות, אשר מופעלות, כמו גם על ידי מערכות אלקטרו-ידי טיפוליות, אשר מופעלות, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות, אשר מופעלות, אשר מופעלות, אשר מופעלות, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות של מערכות אבטחה לטווח ארוך טווח, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות, כמו גם על ידי מערכות אבטחה, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות של מערכות אבטחה, כמו גם על ידי פונקציות מתקדמות, כמו גם על ידי פונקציות