耐曲揉性

据韩国成均馆大学消息称，该校电子电气工学系研究团队成功开发了高耐久性柔性突触半导体元件。研究成果刊登在国际学术期刊《科学观察》上。　　近年来，物联网技术在便携式智能设备领域应用需求迅速增加，特别是柔性电子(Flexible Electronics)在机器人工程及智慧保健医疗领域的应用备受关注。研究组在聚酰胺材料的柔性基板上，将数十纳米厚的非晶体氧化物半导体薄膜进行沉积后作为通道，组成非晶体氧化物半导体、离子—凝胶混合结构，研发出可通过电脉冲信号控制的柔性突触半导体元件，该元件在机械、电压力测试后，表现出稳定的静态及动态动作特性。研究团队利用该元件，制作了弹性阻力传感器安装在手上，通过实验验证了可适用于神经元系统（sensory-neuromorphic systems）。　　注：本文摘自国外相关研究报道，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

近年来，随着生理电信号在辅助医疗、科学训练及神经科学研究等的领域的不断深入和广泛应用，可穿戴柔性电极成为了众多学者的研究焦点。非侵入式柔性电极能够将人体内部的离子电信号转换为电子元器件可读取的电子信号，成为了连接这两者的桥梁。然而如何实现高质量信号的采集、实现不同皮肤状态下的长时间稳定粘附及提高长时间穿戴舒适性，是阻碍柔性电极应用的研究难点。尽管已有研究团队提出了许多能提高粘附力与增加透气性的结构，但仍旧难以实现稳定粘附性、低界面阻抗和高透气性的有机统一。因此，开发一款兼具高透水透气性和粘附稳定性的柔性电极十分必要。近期，西安交通大学邵金友、田洪淼团队提出了一种仿树蛙脚蹼的非侵入式柔性可穿戴电极，用于生理电信号的长时间连续监测。该柔性电极是使用摩方精密nanoArch S130(精度：2μm)高精度3D打印设备加工模具后使用导电复合材料翻模制备而成。相关研究成果以“Treefrog-Inspired Flexible Electrode with High Permeability, Stable Adhesion, and Robust Durability”发表在《Advanced Materials》上，西安交通大学兰天翔博士为论文的第一作者，西安交通大学邵金友教授和田洪淼教授为共同通讯作者。图1 设计灵感来源及结构展示。 (A)仿生灵感来源，(B)电极结构示意，(C)相较于普通平膜的优势。该柔性电极的设计灵感来源于红蹼树蛙脚蹼表面的分散六边形柱状结构及深层的粘液腺。六边形分散柱状结构可以将大液桥分散为多个小液桥，从而大幅提高树蛙脚蹼与各种表面之间的粘附力；分布于六边形柱状结构间隙的粘液腺，则可使得粘液在树蛙脚蹼间均匀分散，这两种结构共同实现了树蛙在多种表面的稳定黏附。结合此两种结构，本文设计了一种兼具高透水透气性、稳定粘附性及长时间耐用性的柔性可穿戴电极。该电极可分为上下两层：下层为分散柱状结构，有利于实现高效而稳定的电极-皮肤界面接触（接触面积/总面积相较于平膜提升了近一倍）、低界面阻抗（面积标准化阻抗与商用Ag/AgCl凝胶电极相近）及稳定附着（在干/湿条件下的粘附力相较于无结构电极提升了2.79/13.16倍）；上层为参照鸟喙和粘液腺设计的改进锥孔结构，有利于实现人体皮肤表面排泄物定向搬运，从而提高了该电极的透水透气性（正向透气性相较于棉纺织物提升近12倍，透水性相较于3M医用敷料提升了40倍以上）。该仿生电极在粘附稳定性、透水透气性和耐用性等方面都具有显著的优势。首先，研究团队通过理论推导和仿真计算的方式得到了锥孔结构设计的最优参数区间，并将该结构的设计与电极底面分散柱状结构的设计解耦，大幅降低了分散柱状结构设计的复杂度。底面离散化结构除了能实现高效而稳定的界面接触之外，还能有效降低汗腺的被堵塞率，从而避免排泄物的局部堆积导致的粘附效果降低。为此，研究团队采用图像处理技术及离散优化设计方法，量化计算了全部三种可单一平面密铺正多边形柱状结构在不同尺寸参数下的最大汗腺堵塞率（最大堵塞率越小代表该电极在湿润条件下的粘附越可靠）及理论有效面积（该值会影响接触阻抗进而影响采集的信号质量），并在综合考虑这两者之间的矛盾关系后，制造了优化设计的柔性可穿戴电极。图2 结构优化设计。 (A)锥孔优化设计，(B)分散柱状机构可大幅降低汗腺的被堵塞率，(C)分散柱状结构尺寸参数，(D) 六边形柱状结构的最大汗腺堵塞率(E)不同形状及尺寸的分散柱状结构的未堵塞率和理论接触面积。在设计完成电极的微观结构之后，研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术加工了具有良好一致性的树脂模具，并通过模塑工艺制造出了仿生电极和只含有锥孔的电极（对比组）。仿生电极相较于对比组的干/湿粘附力提升了2.79/13.16倍，实现了在干/湿环境下的稳定附着。图3 微观形貌表征。 (A)锥孔模板，(B)只含锥孔的电极，(C)分散柱状结构模板，(D) 仿树蛙脚蹼电极(E)仿树蛙脚蹼电极截面轮廓，(F)粘附力表征。之后，研究团队还测试了该仿生电极的正向和逆向水蒸气透过率，该电极的正向/逆向水蒸气透过率相较于棉织物提升了近12/6倍，实现了较好的透气性能。图4 单向输水性及水蒸气透过率表征。 (A)各种结构的表面接触角变化，(B)各种结构表面接触角随时间的变化关系，(C)水蒸气透过率测试，(D) 仿生电极与多种常见织物的水蒸气透过率对比。最后，研究团队采集了多种生理电信号，并对其进行了分析。该仿生电极采集出的生理电信号质量可与商用Ag/AgCl凝胶电极相媲美，并且长时间使用下安全性和稳定性性均优于商用Ag/AgCl凝胶电极。相较于已报道文献，本文所提出的仿生电极在机械性能、电学性能及电极性能方面表现出优异的均衡性能。图5 多种生理电信号的测试与性能对比。 (A)长时间心电信号的测量及信号分析，(B)睁眼及闭眼时脑电信号的采集与分析，(C)肌电信号的采集与分析，(D) 仿生电极与多种电极的综合性能对比。综上所述，本研究提出的基于树蛙脚蹼的仿生电极可以实现在干/湿皮肤表面的稳定粘附，且兼具高透水透气性、长时间穿戴舒适性及稳定的低接触阻抗等优点，有望促进生理电信号长时间持续检测的广泛应用。

2016年6月14日，阿美特克集团科学仪器部在北京分公司召开“VersaSCAN微区电化学技术交流会”，并在此交流会上发布新技术——扫描电化学显微镜(SECM)柔性探针技术，仪器信息网作为特邀媒体参加了此次交流会。 John Harper 博士为与会者详细介绍了此次发布的新技术。此次发布的扫描电化学显微镜柔性探针技术专用于“普林斯顿应用研究VersaScan”产品的柔性接触和等距测试，是由瑞士洛桑联邦理工学院的物理和电分析化学实验室(LEPA-EPFL)Hubert Girault教授课题组经数十年的研究而实现的。阿美特克科学仪器部与该实验室签署了独家合作协议，集成并销售其柔性探针技术。柔性探针使得广大研究者可同时进行等距离和等高模式的SECM测试，可分离3D表面电化学活性响应图中表面物理形貌和电化学响应的贡献。 与市场上常用的硬性探针相比，柔性探针具有以下优势：1)柔性探针等距SECM无需额外增加昂贵的控制与测量硬件 2)测量时无需为达到控制距离而预先测试样品表面的地形地貌 3)探针设计为与样品进行柔性接触，当与样品表面接触时，探针会发生柔性弯曲，避免探针自身被划伤以及探针对样品表面的损害 4)常规技术中硬性探针和样品直接接触会导致表面易损样品被损坏，如人体组织等。而柔性探针技术接触样品的接触力仅为常规硬接触探针的千分之一。 未来，阿美特克集团科学仪器部与LEPA-EPFL还将共同致力于实现其它探针材料与技术的商业化，希望SECM柔性探针技术能帮助SECM成为标准电化学测试利器。 为鼓励更多的用户致力于微区电化学的研究，此次交流会特设“普林斯顿应用研究微区电化学优秀论文奖”。本次奖项颁发给了浙江大学刘艳华博士，以表彰其使用VersaScan微区电化学测试系统在涂装材料研究方面所作出的贡献，由阿美特克公司科学仪器部亚洲区经理杨琦女士为其颁奖。 随后的技术交流过程中，John Harper 博士、刘艳华博士和厦门大学林昌健教授针对微区电化学的技术和应用为大家进行了分享。VersaScan微区电化学测试系统是一个模块化配置的系统，可实现现今所有微区扫描探针电化学技术以及激光非接触式微区形貌测试，包括扫描电化学显微镜、扫描振动电极测试、扫描开尔文探针测试、微区电化学阻抗测试、扫描电解液微滴测试、非触式光学微区形貌测试等。此次发布的柔性探针技术主要针对扫描电化学显微镜，目前阿美特克可提供有效直径15um的柔性碳探针。John Harper 博士还重点介绍了柔性探针技术的应用案例，包括癌细胞成像和黑色素瘤的分期变化(如皮肤癌)、电子应用-电沉积和成像、电催化等。 刘艳华博士介绍了扫描振动电极测试技术在涂层金属腐蚀研究中的应用。刘博士主要介绍了两项工作：一是采用电沉积技术合成了负载缓蚀剂的超疏水二氧化硅薄膜 二是构建了基于硅烷修饰的E-Sio2薄膜和环氧树脂的新型防护体系。在此两项工作中均利用了扫描振动电极测试技术来表征其微区耐腐蚀性能，与其它表征手段结果均有较好的吻合度。 林昌健教授自1979年开始研究微区电化学技术，至今已有37年。林教授认为微区电化学之所以能发展到今天的水平，一是科研需求，越来越多的科研人员应用此技术使其成为热门研究领域 二是科技发展，科技水平的发展也使微区电化学技术有了显著的进步。未来，微区电化学技术发展很重要的一方面就是探针技术的发展。林教授重点介绍了其团队开发的新型探针。林教授发现，在空间分辨率足够高的情况下，除电流、电压信号外， pH值和氯离子浓度也可以很好的表征局部腐蚀程度，故其团队开发了可测量pH值和氯离子浓度的探针。未来此探针有望集成到VersaScan微区电化学测试系统上。