未來的穿戴設(shè)備什么樣

　　

    在“刊媒惠”科技論文成果推介沙龍上，清華大學(xué)化學(xué)系副教授、博士生導(dǎo)師張瑩瑩透露，未來絲綢將在可穿戴設(shè)備方面大有可為，科學(xué)家正在將絲綢柔滑服帖的特性嵌入柔性電子器件，改造出新一代的可穿戴設(shè)備，屆時(shí)這種設(shè)備能夠非常好地貼合皮膚，非常舒適自然。 

　　目前市場上也有一些可穿戴設(shè)備，比如時(shí)尚人士腕上的手環(huán)，可以監(jiān)測血壓和脈搏，但它并不是柔性的，而未來需要的是可隨著人們的動(dòng)作自由拉伸的柔性可穿戴設(shè)備，不僅信號(hào)非常準(zhǔn)確，人穿上還很舒適，顯然目前的產(chǎn)品還達(dá)不到這樣的要求。

　　在張瑩瑩看來，未來柔性可穿戴設(shè)備的材料必須滿足兩個(gè)條件，一是導(dǎo)電，二是柔性，在此基礎(chǔ)上還有一些更好的功能，“比如說很輕薄，沒有毒，可以拉伸，甚至可以打印、可以自我修復(fù)，就像我們的皮膚有一個(gè)小小的傷口可以自愈合，這是我們期待的未來。”

　　張博士正帶著團(tuán)隊(duì)進(jìn)行科研攻關(guān)，“我們實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的研究非常簡單，有兩種材料是我們關(guān)注的對(duì)象，第一種材料是添加了石墨烯的鈦，第二種材料是蠶絲。希望借助它們能夠做成理想的可穿戴器件，成為可穿戴設(shè)備的智能支撐物。”

 

 

　　張瑩瑩她們利用新材料研制了新型傳感器，“這個(gè)傳感器的靈敏度非常高，可以檢測特別小的壓力，同時(shí)也可以檢測比較大的壓力，響應(yīng)時(shí)間也很快，穩(wěn)定性也很高，性能非常理想。”

　　這個(gè)傳感器有多靈敏，張瑩瑩說：“這個(gè)傳感器可以感知聲帶變化，以此揭示出人在說什么話；還可以測脈搏，脈搏每一次跳動(dòng)的信號(hào)都可以反應(yīng)出來。”

　　要讓柔性電子器件持續(xù)工作就需要為其提供一個(gè)能源，厚重的電池沒有辦法變成柔性的電源，張瑩瑩團(tuán)隊(duì)模擬絲瓜結(jié)構(gòu)做成了一個(gè)纖維狀的超級(jí)電容器，拉伸850%其性能仍然非常穩(wěn)定，可以點(diǎn)亮外界的小燈泡，這樣就可以將這個(gè)電源編到衣服里。

　　之后研究人員又將目光轉(zhuǎn)向了絲綢，張瑩瑩說，絲綢是一種天然的蛋白纖維，是一種很好的穿戴材料，如絲綢的衣服、絲巾、領(lǐng)帶，其實(shí)蠶絲還是一種很常用的手術(shù)縫線，本身做成的織物是透氣的，使得蠶絲用在可穿戴上是很有潛力的。

　　要用蠶絲做可穿戴設(shè)備的材料支撐就需要它導(dǎo)電，可蠶絲不導(dǎo)電，有兩種思路，第一種思路是將石墨烯和蠶絲結(jié)合起來。第二種方式是將蠶絲轉(zhuǎn)化為碳化的蠶絲，碳化的蠶絲分子結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)化的時(shí)候恰好是能夠形成一些石墨烯結(jié)構(gòu)。張瑩瑩透露，他們實(shí)驗(yàn)室用這種方法得到的蠶絲，其力學(xué)性能可以提高到接近蜘蛛絲的水平。

　　用這種很天然的方法使得蠶絲里面加入碳粉和石墨烯從而變得更加堅(jiān)韌，可導(dǎo)電的功能如何實(shí)現(xiàn)呢，科研人員想出了模擬電線結(jié)構(gòu)的方法，在碳納米管外面包上蠶絲，這樣就可以放在衣服里，這個(gè)材料也已在實(shí)驗(yàn)室研制成功。另一種讓蠶絲導(dǎo)電的方法是，將蠶絲內(nèi)的分子加熱時(shí)轉(zhuǎn)化成石墨化的結(jié)構(gòu)，這個(gè)石墨化的結(jié)構(gòu)可以帶給蠶絲很好的導(dǎo)電性。

　　運(yùn)用以上方法，絲綢就變成了能導(dǎo)電的智能織物�？蒲腥藛T用這種材料制成了柔性器件，拉伸性可以達(dá)到原長的5倍，有很好的靈敏度，穩(wěn)定性也很強(qiáng)，其性能水平之高前所未有。

　　                                

　　將柔性可穿戴設(shè)備的概念更推進(jìn)一步，就是電子皮膚，又叫人造皮膚。今年榮膺“世界杰出女科學(xué)家獎(jiǎng)”的美國斯坦福大學(xué)教授、華人科學(xué)家鮑哲南認(rèn)為，像人類皮膚一樣柔軟的柔性電子器件，將是電子工業(yè)下一個(gè)發(fā)展的大趨勢，甚至有可能顛覆智能手機(jī)。

   未來電子工業(yè)還有什么出路？鮑哲南認(rèn)為，現(xiàn)在所用的電子材料完全要變掉。因?yàn)楝F(xiàn)在的電子材料都是硬的，硅就像玻璃一樣，容易碎。未來可以把電子產(chǎn)品做成更加多樣化、多形化。 　　

   以前研究領(lǐng)域是顯示屏、集成電路的鮑哲南，將關(guān)注點(diǎn)投到“人造皮膚”上。

   鮑哲南想能不能做一個(gè)新型的電子材料：有柔性、拉伸性，能夠傳感，這都是人類皮膚所擁有的特性。更有意思的是，皮膚還有生物降解性，并且如果皮膚有劃痕了，它自己還可以把疤痕慢慢去掉，進(jìn)行自修復(fù)。 　　

   鮑哲南的研究一步步實(shí)現(xiàn)了人造皮膚的功能：通過把橡膠做成像小金字塔一樣的形狀解決了可觸摸。這個(gè)金字塔的塔尖非常柔軟，你一壓塔尖，就很容易改變形狀，進(jìn)而改變電容，于是就有了觸摸感；用一些導(dǎo)電的小顆粒和一些高分子的材料混合在一起解決了可測溫度；還實(shí)現(xiàn)皮膚的化學(xué)和生物功能，如果你手上的皮膚可以感知化學(xué)分子或者生物分子的話，也許你可以給自己做身體檢查。看到皮膚上有一個(gè)痣，顏色不太對(duì)，也許你摸一下就可以知道這個(gè)是不是癌癥細(xì)胞，或者你在觸摸桌子的時(shí)候，就可知道這個(gè)桌子表面是否有細(xì)菌。

   接下來，鮑哲南研究團(tuán)隊(duì)又開始進(jìn)行進(jìn)一步的材料設(shè)計(jì)：比如研制快速自愈電子聚合物，可以導(dǎo)電也可以自我修復(fù)；可伸縮的晶體管，即便彎來彎去，也不會(huì)改變它的導(dǎo)電性；還有可生物降解的半導(dǎo)體材料，用這個(gè)材料做電子電路如果植入體內(nèi)，人們可以控制它的分子結(jié)構(gòu)，使得它在一定的時(shí)間內(nèi)慢慢地生物降解。此外為滿足個(gè)性化需求，人造皮膚也可以是蝴蝶狀。這些材料的功能，是目前已有的電子器件所做不到的，但鮑哲南認(rèn)為，這將開始一個(gè)新的可能性。