香(xiang)港(gang)理工大(da)學研(yan)發出一種(zhong)適用于(yu)穿(chuan)戴式電子(zi)設備的(de)高透氣(qi)及超(chao)彈(dan)性(xing)導(dao)(dao)電材料。此種(zhong)創新(xin)導(dao)(dao)電材料是 以涂抹或者印刷方法將液態金屬物料加于(yu)彈(dan)性(xing)纖維網上，這種(zhong)彈(dan)性(xing)纖維網是以靜電紡絲程序(xu)制(zhi)成， 透氣(qi)度高、彈(dan)性(xing)強、能(neng)導(dao)(dao)電且導(dao)(dao)電穩定性(xing)高，可(ke)以廣泛應用于(yu)健康監測設備、軟體(ti)機械人和(he)貼在皮 膚上的(de)電子(zi)裝置。本研(yan)究項(xiang)目的(de)結果（Permeable superelastic liquid-metal fibre mat enables biocompatible and monolithic stretchable electronics）已經發表在《Nature Materials》雜志上。

據 IDTechEX 預測，在智(zhi)能電話之后(hou)，穿戴式電子(zi)(zi)產(chan)品(pin)將會在市場(chang)上具有龐大的(de)發展潛力，預計(ji)到 2026 年，市場(chang)總值將超過(guo) 1500 億美元。穿戴式電子(zi)(zi)設備、貼在皮膚上的(de)電子(zi)(zi)裝置、軟體機械人和(he)生物電子(zi)(zi)零件均需(xu)采用高彈(dan)性(xing)的(de)電子(zi)(zi)裝置和(he)系統(tong)部件。

然而，現時很多這類部件只(zhi)能(neng)裝(zhuang)嵌(qian)在不透(tou)氣的(de)彈性厚片上(shang)，長時間佩戴會引致嚴重皮(pi)膚敏感、發炎等問題。此(ci)外，由于(yu)市場(chang)上(shang)用于(yu)電子(zi)(zi)裝(zhuang)置(zhi)的(de)材料透(tou)氣度(du)低，不適合把具(ju)感應功(gong)(gong)能(neng)的(de)裝(zhuang)置(zhi)植入，然后疊起多層(ceng)嵌(qian)置(zhi)在產品中；因此(ci)令可拉展(zhan)的(de)電子(zi)(zi)裝(zhuang)置(zhi)產品在功(gong)(gong)能(neng)增潤方面(mian)受(shou)到(dao)局(ju)限(xian)。

由香港理(li)大(da)紡織及服裝學系鄭子劍教授(shou)所領導(dao)，并(bing)由應用(yong)(yong)(yong)物(wu)(wu)理(li)學系、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)醫學工程(cheng)學系跨(kua)專業科研人員組成(cheng)(cheng)的(de)研究團隊，成(cheng)(cheng)功研發出新(xin)型高透氣、超彈性的(de)導(dao)電(dian)材料(liao)，該導(dao)電(dian)材料(liao)能應用(yong)(yong)(yong)于多(duo)功能并(bing)可與(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)兼容的(de)電(dian)子設備。此創新(xin)導(dao)電(dian)材料(liao)名為(wei)「液態(tai)金(jin)屬纖(xian)維氈(zhan)」（liquid-metal fibre mat），利用(yong)(yong)(yong)涂抹或打(da)印技術，把液態(tai)金(jin)屬加于以靜(jing)電(dian)紡絲制成(cheng)(cheng)的(de)彈性纖(xian)維網上，再經(jing)過拉(la)展程(cheng)序，懸掛在(zai)彈性纖(xian)維網之間的(de)液態(tai)金(jin)屬便會(hui)自行形成(cheng)(cheng)橫向(xiang)多(duo)孔(kong)、縱向(xiang)彎(wan)曲的(de)結(jie)構(gou)。「液態(tai)金(jin)屬纖(xian)維氈(zhan)」透氣度(du)極高，并(bing)且經(jing)拉(la)力測(ce)試后仍能維持高彈性和超高導(dao)電(dian)能力。此外，物(wu)(wu)料(liao)亦具備優(you)良的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)兼容性，可直(zhi)接在(zai)人體皮膚上使用(yong)(yong)(yong)。

鄭教授(shou)解(jie)釋 ：「我們所選用的(de)液態(tai)金屬是通(tong)常(chang)用于制造(zao)可屈曲(qu)電路板的(de)低熔點鎵銦合金（EGaIn），并(bing)打印(yin)在通(tong)常(chang)用于手套、氣球等(deng)橡(xiang)膠(jiao)產品(pin)的(de)彈(dan)性苯乙(yi)(yi)烯(xi) - 丁二烯(xi) - 苯乙(yi)(yi)烯(xi)（poly(styrene-block-butadiene-blockstyrene)，SBS）物料(liao)上，組(zu)合成(cheng)『液態(tai)金屬纖維氈』。之(zhi)后(hou)我們把(ba)氈子(zi)拉展至 18 倍，并(bing)重復進行(xing) 12 次，氈子(zi)便會(hui)自動形成(cheng)一(yi)些小孔，令透氣度(du)(du)大大提高。以測試的(de)樣(yang)本為(wei)例，我們把(ba)0.8mg cm-2 份(fen)量 EGaIn 涂印(yin)在 320 微米厚的(de) SBS 纖維物料(liao)上，再經拉展程序后(hou)，其透氣度(du)(du)提升至每天(tian) 724gm-2，較(jiao)日常(chang)用的(de)護理(li)膠(jiao)布（每天(tian) 31gm-2 ）高出(chu) 22 倍。樣(yang)本亦曾(ceng)在活體小兔皮(pi)膚(fu)上進行(xing)測試，生(sheng)物兼容的(de)效果(guo)理(li)想，并(bing)沒(mei)有出(chu)現任何皮(pi)膚(fu)敏感的(de)狀(zhuang)況。」

EGaIn 是一種(zhong)在(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)仍能保持液態的金屬材料，不但黏性低、導(dao)(dao)電(dian)能力(li)高、毒性低，而且暴(bao)露在(zai)(zai)空氣時，能在(zai)(zai)表面迅速(su)形成薄(bo)薄(bo)一層氧化(hua)物（Ga2O3）。經過拉展程序后，氧化(hua)物會(hui)出現小孔和彎曲的折紋，令(ling)其變(bian)得更(geng)具(ju)彈性，導(dao)(dao)電(dian)效果(guo)更(geng)佳。

香港理大(da)紡織及服裝學系鄭子劍教授率(lv)領團隊，成(cheng) 功(gong)研發適(shi)用(yong)于(yu)穿戴式電子設(she)備的(de)「液態金屬纖維 氈(zhan)」。這種創新導電材料透氣度高，而且極(ji)具彈(dan) 性，導電能力高，可印上相關(guan)電路，作為(wei)健康監測 傳感器(qi)使(shi)用(yong)。

此外，研(yan)究團(tuan)隊(dui)亦利用「液態(tai)金屬纖維氈(zhan)」制成(cheng)三片分別用以量(liang)度(du)心電圖、汗(han)液和溫度(du)的傳感器(qi)，并且把它們迭(die)在一(yi)起(qi)使(shi)用。迭(die)起(qi)三層后(hou)，物料厚度(du)約為一(yi)毫米，而三個傳感器(qi)均能正常(chang)運作，且保持高透氣度(du)。這足(zu)以證(zheng)明此創新的「液態(tai)金屬纖維氈(zhan)」能夠(gou)疊起(qi)使(shi)用，具備多功(gong)能且穿戴舒適的優點。

總(zong)之，「液態(tai)金(jin)屬(shu)纖維氈」是一種(zhong)高(gao)透(tou)氣(qi)和(he)超彈(dan)性的(de)(de)嶄新(xin)導電(dian)(dian)(dian)材料(liao)，通過(guo)(guo)把(ba)液態(tai)金(jin)屬(shu)涂抹(mo)或打(da)印于彈(dan)性纖維物料(liao)，再經過(guo)(guo)簡單的(de)(de)拉展程(cheng)序(xu)而制成。即(ji)使疊起多(duo)層使用，仍能維持高(gao)透(tou)氣(qi)度。此(ci)創新(xin)導電(dian)(dian)(dian)材料(liao)有助于開(kai)發(fa)各種(zhong)穿(chuan)(chuan)戴式電(dian)(dian)(dian)子設備(bei)(bei)，進一步整(zheng)合具有多(duo)項功能的(de)(de)設備(bei)(bei)，令長時間穿(chuan)(chuan)戴更(geng)感舒適。

本研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)項目主要獲得香江(jiang)學者計(ji)劃(hua)與香港研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)資(zi)助局撥款支持。研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)團隊會進一步(bu)加強「液態金屬纖維氈」的(de)性能，并開(kai)發不同(tong)類型的(de)護理電子產(chan)品及系(xi)統。