可拉伸十倍的液态金属纤维为服装带来运动感知与反馈功能

洛桑联邦理工学院研发出在拉伸十倍时仍保持导电性的液态金属纤维，为智能可穿戴设备开辟新道路。

在可穿戴电子领域的重大飞跃中，洛桑联邦理工学院的研究人员创造出一种基于纤维的电子传感器，即使拉伸至原始长度十倍以上仍能完全正常工作。

这一突破可能改变智能服装、物理康复设备和软体机器人的未来。

其中的秘密成分？液态金属。

但这并非你想象中那种危险的金属。在洛桑联邦理工学院工程学院的光子材料与纤维器件实验室中，"液态金属"指的是一种安全、柔韧的铟镓混合物，这是一种无毒合金，在室温下保持液态，并具有优异的导电性。

挑战在于加工

然而，问题在于如何将这种合金转化成能够弯曲、拉伸且仍能可靠导电的材料。

"液态金属极难加工，"光子材料与纤维器件实验室主任法比安·索兰解释道，并补充说，"要生产出兼具高稳定性导电性和拉伸性的电子纤维尤其困难。"

洛桑联邦理工学院的研究团队现已利用热拉法解决了这一难题，这是一种传统上用于制造光纤的技术。

"我们将热拉法集成到一个极大简化的流程中，用于生产具有精细定制电子特性的纤维传感器，这使得它们成为运动和健康监测应用领域智能纺织品的理想候选材料，"索兰表示。

简易、灵敏、可拉伸

该工艺始于一个"预制棒"，这是电子纤维的放大版本，其中包含以3D模式精心排列的液态金属组件。

然后，这个预制棒被加热并拉伸，很像熔化的塑料，从而生产出保留同样复杂内部结构的细纤维。

据该研究的第一作者、博士生斯特拉·拉佩鲁萨兹介绍，这种3D模式是突破的关键。它使研究人员能够定义单根纤维的哪些区域具有电活性或绝缘性。

"当液态金属与柔软的弹性体基质混合时，会形成许多小液滴，"她解释道。"加热和拉伸预制棒的过程会破碎这些液滴并激活液态金属的导电性。这意味着我们可以通过控制哪些区域被激活，来精细调整单根纤维的功能。"

性能卓越

测试表明，这些纤维即使在拉伸超过十倍时仍保持高灵敏度，其性能优于那些在形变时常会丧失电性能的传统可拉伸传感器。

在导电性、弹性和简易加工性之间取得的这种平衡，使得洛桑联邦理工学院的方法对可穿戴应用领域尤其具有吸引力。

智能护膝应用示范

为了展示其潜力，研究团队将这种纤维嵌入一个柔软的护膝中，该护膝能够追踪佩戴者的运动。
在受试者行走、跑步、下蹲和跳跃时，该护膝成功监测了关节弯曲，甚至能精确重建受试者的跑步步态。

"得益于其易于集成的特性，我们的纤维可以轻松用于监测其他关节（如脚踝、肩部或手腕）的运动并检测异常，"索兰说。

他补充道，可扩展性是团队接下来的工作重点。

"传统的电子设备可能过于脆弱或僵硬，难以集成到纺织品中，但我们的纤维通过足够的规模化，可以集成到数米甚至数千米的织物中。这种织物随后可用于生产可穿戴设备、软质假肢或机器人肢体的传感器。"

该项研究成果已发表在《自然·电子学》期刊上。

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