Эластичный светодиод превратили в нательный индикатор пульса

Китайские и американские ученые научились создавать эластичные светодиоды заданной формы, которые можно растягивать без повреждения. Это позволяет создавать носимые прямо на коже индикаторы, например, включающиеся и выключающиеся в такт с пульсом человека, рассказывают ученые в Nature.

Под термином «носимая электроника» обычно подразумевают гаджеты, которые человек может надевать, например, фитнес-браслеты и умная одежда. Ученые также разрабатывают носимую электронику другого типа, которая наносится непосредственно на кожу. Это дает более качественный контакт для датчиков и другие преимущества, но вместе с этим предъявляет серьезные требования к материалам устройств. Прежде всего носимая электроника должна выдерживать частые сильные деформации при движении тела, не открепляясь от него и не разрушаясь. Эту проблему решают разными способами. Идеальное решение — разработать гибкие и эластичные варианты всех электронных компонентов. В этом направлении есть прогресс и появляется все больше прототипов гибкой электроники, но чаще приходится использовать компромиссный подход, при котором на кожу наносится эластичная подложка с растягиваемыми проводами, а компоненты, в том числе дисплей (если он требуется в проекте), остаются жесткими.

Чжэньань Бао (Zhenan Bao) из Стэнфордского университета и ее коллеги из США и Китая разработали метод создания эластичных светящихся светодиодов-индикаторов, которые можно использовать в нательной электронике. Индикатор представляет собой фрагмент полимера, излучающий свет под действием тока. Он состоит из восьми слоев. В центре располагается слой из смешанного светоизлучающего полимера и эластичной полиуретановой матрицы. В основном ученые использовали полимерные волокна SuperYellow, излучающие желтый свет, но в отдельных прототипах заменяли его или добавляли полимеры, излучающие другие цвета. По разным сторонам от светоизлучающего слоя располагаются катод и анод, состоящие из трех и двух слоев полимеров с электронной и дырочной проводимостью соответственно. А над электропроводящими слоями с двух сторон располагается слой изолирующего электрода с низкой пропускающей способностью для воды и воздуха.

Ученые создали несколько прототипов индикаторов с такой конструкций. Один из них представляет собой индикатор пульса. Он состоит из светящейся области, наклеенной на запястье, и питающей схемы, тоже наклеенной на кожу руки чуть выше. Для питания светоизлучающего полимера ученые использовали беспроводную передачу электричества с помощью NFC-антенны. Авторы использовали отдельный датчик пульса и посылали сигналы с него на индикатор, который светился в моменты сердцебиения.

Механические испытания прототипов показали, что их можно растягивать в два раза, при этом они продолжают оставаться равномерными и излучать яркий свет, причем при небольших деформациях свечение даже усиливается. По-видимому, это происходит из-за улучшения контакта между слоями и светоизлучающими волокнами. После 100 растяжений на 40 процентов индикатор сохранил 85 процентов от изначальной яркости.

Одна из проблем растягиваемых дисплеев и других светящихся устройств заключается в том, что при этом их пропорции искажаются. Недавно корейские ученые придумали решение этой проблемы: они предложили использовать вместо обычных полимерных подложек метаматериал-ауксетик, который при растяжении вдоль растягивается и в ширину, что позволяет сохранять пропорции неизменными.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Материал из корней конняку захватил 13 литров воды из атмосферы

Американские материаловеды разработали недорогой и эффективный сорбент для захвата воды из атмосферы на основе материала из корней растения конняку. За сутки можно получить до 13,3 литра чистой воды на каждый килограмм сорбента. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Уже сегодня две трети населения Земли в той или иной мере сталкиваются с проблемой нехватки чистой воды. Ученые ищут новые способы для получения чистой воды, и один из них — захват воды из атмосферы с помощью пористых сорбентов. Вода скапливается в порах материала, а наружу ее можно извлечь, например, под действием тепла. Подобные устройства для захвата воды можно делать небольшими и мобильными и размещать даже в отдаленных районах без доступа к электричеству — для нагрева хватит солнечной энергии. Однако найти идеальный сорбент не так просто. Во-первых, далеко не все сорбенты способны поглощать воду из сухого пустынного воздуха с относительной влажностью менее 30 процентов — то есть как раз в тех районах, где она больше всего нужна. Во-вторых, желательно найти материал, который бы удовлетворял двум почти противоречащим друг другу условиям — сначала быстро поглощал воду, а затем быстро отдавал. Вдобавок ко всем требованиям сорбент должен быть недорогим и доступным.