Highly Durable Nanofiber-Reinforced Elastic Conductors for Skin-Tight Electronic Textiles.

موصلات مرنة فائقة المتانة معززة بالألياف النانوية للمنسوجات الإلكترونية الملاصقة للجلد.

Clicks: 324
ID: 11416
2019
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #57 of 150 articles by views in acs nano

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 150 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Soft and stretchable electrodes are essential components for skin-tight wearable devices, which can provide comfortable, unobtrusive, and accurate physiological monitoring and physical sensing for applications such as healthcare, medical treatment, and human-machine interfaces. Metal-elastomer nanocomposites are a promising approach, enabling high conductivity and stretchability derived from metallic conduction and percolation networks of metal nano/micro fillers. However, their practical application is still limited by their inferior cyclic stability and long-term durability. Here, we report on a highly durable nanofiber-reinforced metal-elastomer composite consisting of (i) metal fillers, (ii) an elastomeric binder matrix, and (iii) electrospun polyvinylidene fluoride nanofibers for enhancing both cyclic stability and conductivity. Embedded polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers enhance the toughness and suppress the crack growth by providing a fiber reinforcing effect. Furthermore, the conductivity of nanofiber-reinforced elastic conductor is four times greater than the pristine material because the silver-rich layer is self-assembled on the top surface by a filtering effect. As a result, a stretchable electrode made from nanofiber-reinforced elastic conductors and wrinkled structures has both excellent cyclic durability and high conductivity and is stretchable up to 800%. The cyclic degradation () remains at 0.56 after 5000 stretching cycles (50% strain), whereas initial conductivity and sheet resistance are 9903 S cm and 0.047 Ω sq, respectively. By utilizing a highly conductive and durable elastic conductor as sensor electrodes and wirings, a skin-tight multimodal physiological sensing suit is demonstrated. Continuous long-term monitoring of electrocardiogram, electromyogram, and motions during weight-lifting exercises are successfully demonstrated without significant degradation of signal quality.
تُعدّ الأقطاب الكهربائية اللينة والقابلة للتمدد مكونات أساسية للأجهزة القابلة للارتداء والملاصقة للجلد، والتي يمكن أن توفر مراقبة فسيولوجية واستشعاراً فيزيائياً يتسمان بالراحة والدقة وعدم الإعاقة، وذلك لتطبيقات تشمل الرعاية الصحية والعلاج الطبي وواجهات التفاعل بين الإنسان والآلة. وتُمثل متراكبات النانو من المعدن والإيلاستومر نهجاً واعداً، إذ تتيح موصلية وقابلية تمدد عاليتين مستمدتين من التوصيل الفلزي وشبكات التخلل للمواد المالئة المعدنية الدقيقة/النانوية. ومع ذلك، لا يزال تطبيقها العملي محدوداً بسبب تدني استقرارها الدوري ومتانتها طويلة الأمد. نعرض هنا مركباً متراكباً عالي المتانة من المعدن والإيلاستومر معززاً بالألياف النانوية، ويتألف من: (i) مواد مالئة معدنية، و(ii) مصفوفة رابطة إيلاستومرية، و(iii) ألياف نانوية من فلوريد متعدد الفينيليدين مغزولة كهربائياً لتعزيز الاستقرار الدوري والموصلية في آنٍ واحد. تعمل ألياف فلوريد متعدد الفينيليدين (PVDF) النانوية المدمجة على تعزيز المتانة وتثبيط نمو الشقوق من خلال إضفاء تأثير التعزيز بالألياف. علاوة على ذلك، تزيد موصلية الموصل المرن المعزز بالألياف النانوية بمقدار أربعة أضعاف مقارنة بالمادة الأصلية، وذلك لتجمع الطبقة الغنية بالفضة ذاتياً على السطح العلوي بفعل تأثير الترشيح. ونتيجة لذلك، يتمتع القطب القابل للتمدد المصنوع من موصلات مرنة معززة بالألياف النانوية وبنى مجعدة بمتانة دورية ممتازة وموصلية عالية معاً، فضلاً عن قابليته للتمدد بنسبة تصل إلى 800%. ويستقر التدهور الدوري () عند 0.56 بعد 5000 دورة شد (بانفعال قدره 50%)، في حين تبلغ الموصلية الابتدائية والمقاومة السطحية 9903 S cm و0.047 Ω sq على التوالي. وباستخدام موصل مرن عالي الموصلية والمتانة كأقطاب استشعار وتوصيلات سلكية، تم تقديم بدلة استشعار فسيولوجي متعدد الوسائط وملاصقة للجلد. وقد أُثبتت كفاءة المراقبة المستمرة طويلة الأمد لتخطيط كهربية القلب، وتخطيط كهربية العضلات، والحركات أثناء تمارين رفع الأثقال بنجاح ودون أي تدهور ملحوظ في جودة الإشارة.
Reference Key
jin2019highlyacs Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Hanbit Jin, Md Osman Goni Nayeem, Sunghoon Lee, Naoji Matsuhisa, Daishi Inoue, Tomoyuki Yokota, Daisuke Hashizume, Takao Someya
Are you one of these authors? Claim your profile
Journal acs nano
Year 2019
DOI
10.1021/acsnano.9b02297
URL
Keywords Keywords not found

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.