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  • 客觀日本

    產綜研與瑞翁開發出高導電性柔軟硅橡膠,適用于可穿戴設備

    2021年06月15日 化學材料

    產業技術綜合研究所(以下簡稱產綜研)與日本瑞翁公司共同開發出了易導電、柔軟且結實的硅橡膠。這是通過在常規的導電性硅橡膠中混合管狀碳分子——碳納米管后并充分進行分散實現的。該材料計劃用于可穿戴設備和醫療器械等。

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    產綜研與日本瑞翁共同開發的硅橡膠中添加了碳納米管(圖片由日本瑞翁提供)

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    添加了碳納米管的硅橡膠顯微鏡照片(圖片由產綜研提供)

    以前通過在硅橡膠中添加“導電填料”來使其具備導電性。要想持續穩定地導電,需要增加導電填料的添加量。但增加添加量后,填料會在橡膠中強力結合,結果導致橡膠變硬。

    新開發的硅橡膠添加了市售的導電填料和粉末狀單層碳納米管,碳納米管的添加量約為填料重量的1~5%。

    研究團隊將此次制作的硅橡膠與只添加了普通導電填料之一“碳黑”以使其易于導電的產品進行了比較。在相同的電阻率下,新開發的產品更加柔軟。研究團隊認為,碳納米管填補了橡膠中導電填料之間的空隙,使電流更容易流動,因此即使填料比較少,也實現了相同的性能。

    另外,新開發的產品還提高了耐久性。硅橡膠與有機橡膠相比,耐熱性和耐水性更加優異,但對酸等離子雜質的耐性較弱。原因是構成橡膠的硅與氧之間的化學鍵會被切斷,導致分子量減少。此外,制造碳納米管時產生的雜質會加劇這種切斷現象。

    為此,此次添加的碳納米管采用了日本瑞翁公司開發的高純度產品。常規的碳納米管僅一周時間分子量就會劣化到初期的30%,而日本瑞翁的產品一個月后仍能保持80%的分子量。

    關于硅橡膠用途,研究團隊希望將其用作醫療器械和可穿戴設備的電極。近年來,在手臂或頭部等身體部位佩戴傳感器,以捕捉大腦、肌肉及心臟等的活動信息的設備開發和普及取得了進展,新開發的硅橡膠柔軟且易于導電,方便與皮膚密切接觸使用,無需在佩戴部位涂抹凝膠增加接觸的材料。

    四肢等顫抖的帕金森癥有一種治療方法是通過向大腦發送微弱的電刺激來緩解癥狀。據介紹,通過硅橡膠從纏在手臂上的裝置通電來刺激手臂的末梢神經,也可以刺激大腦。

    導電性硅橡膠還被用于遙控器的開關和個人電腦的鍵盤等。此次開發的硅橡膠比較柔軟,因此還有望用于高壓電纜和智能手機等的電磁屏蔽用途。

    日文:松元則雄、日經產業新聞, 2021/06/07
    中文:JST客觀日本編輯部