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奈米材料創新趨勢與超級皮膚

本文作者:廖惠如Carol Liao       點擊: 2013-06-27 16:13
前言:

主講人:史丹佛大學材料科學暨工程系Yi Cui副教授與Zhennan Bao教授

 

這次主辦單位邀請到兩位史丹佛大學教授介紹奈米材料的創新趨勢以及超級皮膚,兩位教授都來自中國,年輕有為,帶領的研發團隊所開發出的技術成果驚艷全球。一位是專研奈米材料的史丹佛大學材料科學暨工程系副教授Yi Cui(見照片左);另一位是研發出超級皮膚的Zhennan Bao教授(照片右)

 



Yi Cui博士曾以紙電池與水電池的發明,廣為媒體報導。此次演講中,他以包含前述在內的五種奈米技術應用為例:包括高能量電池、以紙、紡織品與海綿為材料的印刷式儲能裝置、透明電池、透明導電電極以及可殺死病源的水奈米過濾器,將創新的發明展現的淋漓盡致。
 

Yi Cui教授與其團隊發明的奈米碳管墨水製成的紙電池,是利用奈米碳管的導電特性,以及紙張纖維本身的多孔性,將墨水塗佈在紙上使其表面充滿奈米碳管,可增加表面接觸面積及總體導電度,使其成為超級電容(supercapacitor)。使用此紙與銀可以建構出電極,並可點亮LED 燈。(見圖3)

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就性能而言,紙電池能重複充電四萬次,表現為鋰電池的十倍。Prof Yi Cui表示,輕薄及高表面積體積比,使電池組構成高密度儲能單位,可用於電動車,甚至用於供電系統,以儲存離峰時段的剩餘電量供尖峰時段使用。此技術未來幾年內可望商業化,開發低成本可拋棄式電極或電池。

 

另一位史丹佛化學工程學系教授Zhennan Bao則介紹電子皮膚(又稱超級皮膚)的概念。仿自人類皮膚具有觸摸、溫度、溼度、彈性、延展性、生物分解、自我修復等特性,超級皮膚包含了多種感測器如觸控(壓力)感測器、生物感測器、化學感測器,並具有可撓式可延展材質、自充電-可延展太陽能電池,以及自我修復等功能。這樣的發明可應用在機器人、醫療裝置與消費性電子產品上(見圖4) 


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Bao教授指出,電子皮膚對於行動裝置健康科技的應用尤為適用,她的團隊開發的電子皮膚感測器主要有觸摸(壓力 )感測器、化學感測器以及生物感測器。鑑於其他型可撓式壓力感測器如傳導橡皮與PVDF薄膜皆有特性上的缺陷,因此他們發展出具有超高靈敏度的OTFT(有機場效應電晶體)觸摸感測器,為人與人(媽媽對寶寶鼻對鼻)之間最溫柔碰觸(1k Pa)壓力的1/300,相當於可偵測出一隻20毫克的蒼蠅停留在表面的壓力:3Pa

 

此外,他們也發展出心跳感測器,讓完整的脈衝波用在醫療診斷上,例如血壓監測、偵測心律不整、心臟缺陷、血管疾病等。還有可撓式身體溫度感測器、可生物分解的OTFT電介質與基板、以及透明可伸縮的壓力感測器(見圖5)


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此外,Bao教授表示,人體皮膚是自然界自我修復的範例,若遇小傷或挫傷都會完全復原,但若是嚴重的傷害就會留下疤痕。他們的電子皮膚具有像人類皮膚的自我修復功能,而且更勝一籌能完全修復(6)


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