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理大研高透氣彈性導電物料 長期穿戴不致敏 適合心電圖監測

By on March 25, 2021

原文刊於信報財經新聞「StartupBeat創科鬥室

理大教授鄭子劍表示,彈性導電材料可打印不同圖案的電路。(朱美俞攝)

理大教授鄭子劍表示,彈性導電材料可打印不同圖案的電路。(朱美俞攝)

香港理工大學最近研發一款彈性導電材料「液態金屬纖維氈」(Liquid-Metal Fibre Mat),其透氣度比護理膠布高22倍,可供長時間穿戴,適合應用於健康監測設備、軟性機械人及緊貼皮膚的電子產品等,研究結果已發表在期刊Nature Materials上。

領導研究的理大紡織及服裝學系鄭子劍教授指出,現時全球應用於穿戴式電子設備的彈性薄膜,其材料輕身且薄,質料柔軟,可拉展及打印,惟通透性差。人體每天須600克/方米的排汗度,現有物料透濕度每天少於50克/方米;若長期佩戴可能致敏,重則皮膚痕癢,甚至發炎。

理大在2017年展開研究,團隊由應用物理系、生物醫學工程學系等跨學科研究員組成。他們先以靜電紡絲製造可拉展的纖維氈,其後以塗抹或打印方式,把液態金屬鎵銦合金(EGaIn)打印在「苯乙烯–丁二烯–苯乙烯」(SBS)物料上,組合成「液態金屬纖維氈」,具備高透氣、彈性強等特點。

「液態金屬纖維氈」可印上相關電路,作為健康監測傳感器使用。(理大提供圖片)

「液態金屬纖維氈」可印上相關電路,作為健康監測傳感器使用。(理大提供圖片)

拉展至18倍無礙性能

把兩種物料結合後,其導電性能佳且穩定性高,可供拉展至18倍。團隊把氈子拉展至少12次後,該物料可自動形成橫向網狀小孔、縱向彎曲的結構,達至每天724克/方米的高透氣度。即使經過拉力測試,該物料仍維持高彈力及高導電力水平。

團隊其後為物料進行細胞實驗、動物及人體測試,發現「液態金屬纖維氈」對L-929細胞的毒性低,對兔子皮膚不構成明顯敏感情況。鄭子劍續稱,在去年夏天高溫下,研究員把該導電物料及非透氣薄膜,分別貼於皮膚一周做測試,發現後者令皮膚出現明顯紅斑,前者則無負面影響,證實該物料可供人體長時間穿戴。

據市場調查機構IDTechEx估計,2026年穿戴式電子產品的市場規模將增至1500億美元(約1.17萬億港元),年銷售量料達75億件。鄭子劍表示,「液態金屬纖維氈」用料成本低;在應用方面,物料除可打印不同圖案的電路,亦可利用其高透氣特性,生產3D電子設備。

材料導電性能佳,而且穩定性高,可供拉展至18倍。(朱美俞攝)

材料導電性能佳,而且穩定性高,可供拉展至18倍。(朱美俞攝)

以心電圖傳感器為例,上層單片貼住皮膚,以偵測心跳;中層分析汗液,底層則作發熱用途。即使3層設備放在同一塊布,用戶走動情況下亦不影響心電圖訊號,適用於獨居老人或檢測後的通報系統。

申資助開發設備原型

鄭子劍透露,上述研究已獲180萬港元資助,未來計劃申請另一筆資助,冀把物料正式投入應用。團隊首選開發可穿戴式的心電圖監測設備,其次為糖尿病人而設的傳感器,以至運動科學上的應用。他預計,後續研究須花至少3至5年,開發設備原型(Prototype)料耗資至少數百萬港元。

鄭子劍教授指,彈性導電材料成本低,以一平方物料計算,僅花一毫至一元。(朱美俞攝)

鄭子劍教授指,彈性導電材料成本低,以一平方物料計算,僅花一毫至一元。(朱美俞攝)

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