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碳纳米管在柔性印刷电子器件中的应用

近年来,柔性电子器件因其在可穿戴表皮电子与可植入生物医疗器件中的巨大潜在应用,使得该领域的发展日新月异。相对于传统电子器件,柔性电子器件具有更大的灵活性,能够在一定程度上适应不同的工作环境,与生物体完美贴合,从而可以最大限度地减少生物体排斥,但是相应的技术要求同样制约了柔性电子器件的发展。首先,柔性电子器件需要在不损坏本身电子性能的基础上获得伸展性和弯曲性,对导电材料提出了新的挑战和要求;其次,柔性电子的制备条件以及组成电路的各种电子器件的高性能和稳定性相对于传统的电子器件来说仍然不足,也是其发展的一大难题。在传统电子器件中的电极材料以金属为主,由于金属不具有柔性,在拉伸或弯曲过程中易于发生断裂而失效,无法满足柔性器件的发展需求。所以,具有柔性的且导电性能可与传统金属相媲美的材料的发展变得至关重要。目前,被广泛研究的柔性材料有:水凝胶、液态金属、高分子聚合物以及导电纳米材料。水凝胶以高分子网络为骨架,网络中充满水分,生物相容性强,容易掺杂具有导电性,并且可以像人体皮肤一样自愈合;液态金属是常温或者接近室温下呈现液态相的金属,具有很强的导电性;高分子聚合物过掺杂可以成为导体来用作导线,或者成为半导体用来做有机场效应晶体管;纳米材料(如金属纳米材料,碳纳米材料等)由于其尺寸小,本身或者与其他弹性体复合,可具有一定的柔性以及可拉伸性。在这里特别指出的是,纳米碳材料,尤其是碳纳米管,本身是一种由碳的六元环组成的具有很大长径比的准一维中空管状纳米材料,优异的导电性和导热性,出色的机械与化学稳定性,良好的柔性以及具有结构与性能易调控且易大面积制备等特点,而且微观尺度上单个碳纳米管材料的优越性能可以扩展到它们的宏观组成体,如碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜和碳纳米管三维网络等。近年来在柔性电子领域崭露头角,得到了广泛且飞速的发展,可能给人们生活带来革命性的变革。