《Materials Today》：基于透气聚合物纳米网衬底上的可清洗、可拉伸、可重复使用的核壳金属纳米线网络的电子器件（IF=24.269）

背景：

最近，为了最大限度地减少用户的不适，人们开发了基于聚合物纳米纤维的多孔结构，称为“透气器件”。尽管这些器件能够与皮肤保形结合，并具有透气性，但它们的性能和耐用性明显低于传统的基于薄膜的设备。在这项研究中，使用光子烧结和电镀(IPL-EP)工艺在纳米网格基底上制造了一种超耐用的嵌入式银-金核壳纳米线网络(AANN)。AANN旨在实现透气性和耐用性，而不会牺牲器件性能。它可用于透气纳米网格电子产品，并表现出低薄层电阻(1.4Ωsq^-1)、循环稳定性(超过20,000次循环)、化学品稳定性(水基溶液和高腐蚀性H₂O₂溶液)、可洗性(20次洗涤)和可重复使用性。此外，它还用于可重复使用的导电电子纺织品，并展示了其作为可重复使用的应变传感器（用于运动检测）和可穿戴加热器（用于热疗）的应用。此外，基于AANN的导电线具有出色的电气性能（0.3Ωcm^-1）和耐用性，并且在50次洗涤循环后仍能保持其电气特性。所提出的工艺可以大规模制造高度耐用的透气电子产品、电子纺织品和其他生物医学设备。

文献介绍：

已经开发出具有多种功能的可穿戴设备和电子皮肤，用于在日常运动中监测生命信号，而不会给用户带来任何不便。可穿戴设备的共形集成（与人体皮肤）和透气性对于最大限度地减少用户不适非常重要。共形集成可减轻身体压力，而透气性可防止器件与皮肤接触区域的皮肤炎症。因此，基于聚合物纳米纤维网状物的多孔装置（“可透气装置”）被认为是一种先进的可穿戴器件，并引起了广泛关注。透气装置概念最初由Someya的研究小组于2017年提出；它与人体皮肤和计算机界面共形集成，具有出色的透气性。这一概念启发了许多关于可穿戴设备的研究，近年来对透气设备的研究兴趣也日益增加。然而，由于结构限制，此类设备的耐用性和电气性能较差。与传统的二维(2D)平面薄膜基底相比，透气装置是在相对粗糙且不规则堆叠的三维(3D)聚合物纳米纤维网状结构上制造的。在真空沉积或制造过程中，很容易在纳米网格基底表面形成不均匀且离散的活性层。该层很容易因动态运动而破裂，从而导致器件故障。

传统上，该问题通过在纳米网格基底上沉积溶液分散的金属纳米线来解决，如Wang等人所提出的。金属纳米线之间的缠结和互连弥补了纳米网格基底的结构缺陷，因此与2D平面基底相比，器件性能没有显著差异。这种方法显着提高了器件性能，但并没有提高循环耐久性。

最近，人们已利用热退火和光子烧结开发出一种嵌入和焊接在纳米网状基底上的银(Ag)纳米线网络，以提高耐用性。然而，这种改进对于实际应用来说仍然不够。此外，Ag纳米线网络对活细胞有毒，并且由于其高氧化倾向而在生物环境中具有高度腐蚀性；这个问题在生物医学应用中尚未得到解决。在这项研究中，我们开发了一种生物相容性、可拉伸且超耐用的嵌入式核壳金属纳米线网络。它的结构限制是使用两步方法解决的：

(1)使用光子烧结将Ag纳米线嵌入纳米纤维基质表面以创建锚点

(2)将金(Au)电镀到嵌入的Ag纳米线网络上。因此，我们制造出了坚固的焊接接头，可以显著提高机械、电气和化学性能。

这种方法被称为光子烧结和电镀(IPL-EP)工艺，用于制造嵌入式银-金核壳纳米线网络(AANN)。电镀工艺还可用于在银纳米线网络上创建生物相容性的金外表面，以及纳米线网络的高度坚固的化学连接焊接。AANN表现出优异的机械耐久性、化学稳定性和生物相容性。此外，即使经过50次洗涤循环（按照国际标准化组织(ISO)6330程序）和户外干燥30天后，AANN的性能仍保持不变。这项研究首次展示了透气设备的可重复使用性及其应用，例如用于热疗的实际导电线和纺织品集成加热。使用IPLEP制造AANN以及本研究中进行的测试表明，所提出的工艺在可重复使用、超耐用、透气的电子产品和基于电子纺织品的可穿戴设备中具有巨大的潜在适用性。

引用：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122002759?via%3Dihub

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