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理化所提出柔性液态金属薄膜的自组装方法

发表时间:2020-11-17 21:28

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,ag8官网网址中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  针灸是一种传统的中医治疗方法,其中的针法是将毫针按照一定的角度插入人体特定深度的穴位,从而达到治疗疾病的目的。医生在行针的过程中,往往需要依赖自身经验及手法将针递送至特定的穴位,对于医生的技能要求很严格。客观化和精确化是中医现代化发展的趋势,发展针刺响应的超敏深度传感器对于刻画扎针深度的定量化表征有重要作用。

  为了应对这一挑战,中国科学院理化技术研究所低温生物与医学研究团队利用自组装沉积法制备出了一种电学各向异性的柔性液态金属薄膜。利用纳米镓铟共晶合金(EGaIn)在纳米纤维素-聚乙烯醇溶液中的密度差和自然蒸发(图1),可成功制备1~49 μm的超薄Janus膜。这种膜在正常情况下,双面均不导电;而在垂直集中应力或者剪切摩擦力作用下,薄膜下层液态纳米EGaIn颗粒则可实现有效导通,从而传递电信号,值得一提的是,纳米液态金属导通响应时间只需2 ns(图2)。利用纳米EGaIn与纳米纤维素-聚乙烯醇复合物制备的深度传感器,不仅具有灵敏的深度探测能力,而且医生在训练过程中可以通过可视化显示灯在第一时间获取扎针的深度信息。这种液态金属薄膜作为一种全新的电子纸,为制造智能微尺度传感器的多层复杂电路提供了一个简便、快速的制造和响应平台(图3)。

  更进一步的,研究团队发现这种液态金属薄膜两面对光的反射效果以及导热性能也有显著性差异,这种特性使其有可能被用作光转化开关和温度调节器(图4)。这样一种同时具有电学、光学和热学三种特性的两面各异性薄膜,在制备的过程中不需要任何复杂的工艺及精密仪器的辅助,制备过程不仅简单易行,而且并不需要耗费太多时间。

  该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、北京市科学技术委员会研究基金以及理化所所长基金的支持。

  针灸是一种传统的中医治疗方法,其中的针法是将毫针按照一定的角度插入人体特定深度的穴位,从而达到治疗疾病的目的。医生在行针的过程中,往往需要依赖自身经验及手法将针递送至特定的穴位,对于医生的技能要求很严格。客观化和精确化是中医现代化发展的趋势,发展针刺响应的超敏深度传感器对于刻画扎针深度的定量化表征有重要作用。

  为了应对这一挑战,中国科学院理化技术研究所低温生物与医学研究团队利用自组装沉积法制备出了一种电学各向异性的柔性液态金属薄膜。利用纳米镓铟共晶合金(EGaIn)在纳米纤维素-聚乙烯醇溶液中的密度差和自然蒸发(图1),可成功制备1~49 μm的超薄Janus膜。这种膜在正常情况下,双面均不导电;而在垂直集中应力或者剪切摩擦力作用下,薄膜下层液态纳米EGaIn颗粒则可实现有效导通,从而传递电信号,值得一提的是,纳米液态金属导通响应时间只需2 ns(图2)。利用纳米EGaIn与纳米纤维素-聚乙烯醇复合物制备的深度传感器,不仅具有灵敏的深度探测能力,而且医生在训练过程中可以通过可视化显示灯在第一时间获取扎针的深度信息。这种液态金属薄膜作为一种全新的电子纸,为制造智能微尺度传感器的多层复杂电路提供了一个简便、快速的制造和响应平台(图3)。

  更进一步的,研究团队发现这种液态金属薄膜两面对光的反射效果以及导热性能也有显著性差异,这种特性使其有可能被用作光转化开关和温度调节器(图4)。这样一种同时具有电学、光学和热学三种特性的两面各异性薄膜,在制备的过程中不需要任何复杂的工艺及精密仪器的辅助,制备过程不仅简单易行,而且并不需要耗费太多时间。

  相关研究成果以Self-assembly Ultrathin Film of CNC/PVA-Liquid Metal Composite as Multifunctional Janus Material 为题发表在Materials Horizons 期刊上(DOI: 10.1039/C9MH00280D)。论文的第一作者是理化所博士生张朋举和副研究员王倩,理化所饶伟是论文的通讯作者并主导该文工作,中国农业大学副教授何志祝作为共同通讯作者负责力学分析及数值计算。

  该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、北京市科学技术委员会研究基金以及理化所所长基金的支持。

  图1 液态金属纳米纤维素-聚乙烯醇复合的Janus柔性薄膜制备及其表征

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生产厂址:六安市 - 温县谷黄路机械产业园

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