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I dispositivi elettronici morbidi che sono di natura simile alla pelle ed estensibili sono fondamentali per la realizzazione della prossima generazione di medicina remota e preventiva per l'assistenza sanitaria personale avanzata,1,2,3,4.Gli ultimi sviluppi in conduttori e semiconduttori essenzialmente estensibili hanno reso possibili circuiti elettronici altamente meccanicamente robusti e adattabili alla pelle o dispositivi optoelettronici2,5,6,7,8,9,10.Tuttavia, la loro frequenza operativa è limitata a meno di 100 Hz, che è molto inferiore alla frequenza richiesta per molte applicazioni.Qui, riportiamo che diodi intrinsecamente estensibili, basati su nanomateriali organici estensibili, possono funzionare a frequenze fino a 13,56 MHz.La frequenza operativa è sufficientemente alta per il funzionamento wireless di sensori soft e pixel di visualizzazione elettrocromici utilizzando l'identificazione a radiofrequenza, dove la frequenza portante di base è 6,78 MHz o 13,56 MHz.Ciò si ottiene combinando un ragionevole design dei materiali e l'ingegneria delle apparecchiature.In particolare, abbiamo sviluppato un anodo estensibile, un catodo, un semiconduttore e un collettore di corrente in grado di soddisfare i severi requisiti del funzionamento ad alta frequenza.Infine, abbiamo integrato il diodo con un sensore estensibile, un pixel di visualizzazione elettrocromico e un'antenna per realizzare un tag wireless estensibile, dimostrando così la fattibilità operativa del nostro diodo.Questo lavoro è un passo importante per realizzare le funzioni e le capacità migliorate dei prodotti elettronici indossabili simili alla pelle.
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Sim, K. ecc. Un cerotto bioelettronico epicardico in materiale di gomma morbida in grado di mappare le attività elettrofisiologiche nel tempo e nello spazio.Nat.elettronico.3, 775–784 (2020).
Wang, S. ecc. Dermatologia per la produzione scalabile di array di transistor essenzialmente estensibili.Natura 555, 83–88 (2018).
Miyamoto, A. et al.Dispositivo elettronico per la pelle non infiammatorio, traspirante, leggero ed estensibile con nano mesh.Nat.nanotecnologia.12, 907–913 (2017).
Zheng, Y. et al.Microlitografia ottica monolitica di circuiti flessibili ad alta densità.Scienza 373, 88–94 (2021).
Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z. e Pei, Q. Dispositivi e display a emissione di luce con polimeri flessibili.Nat.Fotone.7, 817–824 (2013).
Kim, H., Sim, K., Thukral, A. & Yu, C. L'elettronica e i sensori in gomma provengono dal materiale composito elastico intrinsecamente estensibile di semiconduttori e conduttori.scienza.Avanzato 3, e1701114 (2017).
Kim, J.-H.& Park, J.-W.Diodi organici emettitori di luce essenzialmente estensibili.scienza.Adv.7, eabd9715 (2021).
Wang, Z. ecc. La cella solare organica intrinsecamente estensibile ottenuta con il metodo di stampa a trasferimento ha un'efficienza di conversione di potenza superiore al 10%.Funzionalità avanzate.alma mater.31, 2103534 (2021).
Sì, J. ecc. L'efficienza intrinseca di oltre l'11% può allungare le celle solari organiche.ACS Energy Corporation 6, 2512-2518 (2021).
Kaltenbrunner, M. et al.Design ultraleggero per prodotti elettronici in plastica non facilmente rilevabili.Natura 499, 458–463 (2013).
Minev, IR, ecc. Dura madre elettronica per interfaccia neurale multimodale a lungo termine.Scienza 347, 159–163 (2015).
Khodagholy, D. ecc. NeuroGrid: registra i potenziali d'azione sulla superficie del cervello.Nat.Neuroscienza.18, 310–315 (2015).
Wang, C., Wang, C., Huang, Z. & Xu, S. Materiali e strutture per l'elettronica morbida.Alma mater anziano.30, 1801368 (2018).
Kim, D.-H.Attesa.Una pellicola solubile in fibroina di seta utilizzata per prodotti elettronici biointegrati conformi ultrasottili.Nat.alma mater.9, 511–517 (2010).
Gao, W. ecc. Un array di sensori indossabile completamente integrato per l'analisi del sudore in situ multicanale.Natura 529, 509–514 (2016).
Matsuhisa, N., Chen, X., Bao, Z. e Someya, T. Progettazione di materiali e strutture di conduttori estensibili.Società chimica.Rev. 48, 2946–2966 (2019).
Wang, S., Oh, JY, Xu, J., Tran, H. & Bao, Z. Prodotti elettronici ispirati alla pelle: un paradigma emergente.Serbatoio chimico cumulativo 51, 1033–1045 (2018).
Kim, H., Thukral, A., Sharma, S. & Yu, C. Transistor completamente elastico biassialmente estensibile basato su nanocompositi semiconduttori simili alla gomma.Alma mater anziano.Tecnologia.3. 1800043 (2018).
Sim, K. ecc. Elettronica completamente integrata nella gomma da semiconduttori altamente mobili e intrinsecamente estensibili.scienza.Avanzato 5, 14 (2019).
Niu, S. ecc. Rete di sensori di area corporea wireless basata su tag passivi scalabili.Nat.elettronico.2, 361–368 (2019).
Huang, Z. ecc. Apparecchiatura elettronica estensibile integrata tridimensionale.Nat.elettronico.1, 473–480 (2018).
Bandoka, AJ ecc. Sistema microfluidico/elettronico a interfaccia cutanea senza batteria per l'analisi simultanea di elettrochimica, colorimetria e volume del sudore.scienza.Avanzato 5, 587 (2019).
Steudel, S. ecc. Confronto di strutture di diodi organici per il comportamento di rettifica ad alta frequenza nei tag RFID.J. Fisica dell'applicazione 99, 114519 (2006).
Viola, FA ecc. Raddrizzatore a 13,56 MHz basato su tutti i diodi organici stampati a getto d'inchiostro.Alma mater anziano.32, 2002329 (2020).
Higgins, SG, Agostinelli, T., Markham, S., Whiteman, R. & Sirringhaus, H. Raddrizzatori a diodi organici basati su polimeri coniugati ad alte prestazioni per circuiti di raccolta di energia in campo vicino.Alma mater anziano.29, 1703782 (2017).
Zhou, X., Yang, D. e Ma, D. Fotorilevatori interamente polimerici con corrente di buio estremamente bassa, alta reattività e gamma di risposta spettrale da 300 nm a 1000 nm.Selezione avanzata.alma mater.3, 1570–1576 (2015).
Huang, J. et al.Un fotorilevatore organico ad alte prestazioni elaborato in soluzione per il rilevamento del vicino infrarosso.Alma mater anziano.32, 1906027 (2020).
Heljo, PS, Schmidt, C., Klengel, R., Majumdar, HS & Lupo, D. Analisi elettrica e termica di interruttori a filamento dipendenti dalla frequenza nei diodi raddrizzatori stampati.organizzazione.elettronico.20, 69–75 (2015).
Bose, I., Tetzner, K., Borner, K. & Bock, K. Diodo raddrizzatore organico amorfo (ORD) stabile all'aria, ad alta densità di corrente e processabile in soluzione per la produzione a basso costo di flessibili passivi a bassa frequenza Tag RFID.Microelettronica.affidabile.54, 1643–1647 (2014).
Lee, Y. ecc. Una patch di monitoraggio della salute in tempo reale indipendente basata su un sistema fotoelettrico organico estensibile.scienza.Avanzato 7, eabg9180 (2021).
Gao, H., Chen, S., Liang, J. e Pei, Q. Polimeri elastici emettitori di luce potenziati da reti compenetranti.Applicazione ACS alma mater.Interfaccia 8, 32504–32511 (2016).
Li, L. ecc. Una cella solare polimerica intrinsecamente estensibile a stato solido.Applicazione ACS alma mater.Interfaccia 9, 40523–40532 (2017).
Grazie, YT, ecc. Realizza celle solari organiche essenzialmente estensibili attraverso lo strato di estrazione della carica e l'ingegneria dei materiali fotosensibili.Applicazione ACS alma mater.Interfaccia 10, 21712–21720 (2018).
Matsuhisa, N. ecc. Transistor estensibile ad alta transconduttanza realizzato mediante morfologia controllata di microcrack dell'oro.Elettronica avanzata.alma mater.5. 1900347 (2019).
Zhou, Y. et al.Un metodo generale per la produzione di elettrodi a bassa funzione di lavoro per l'elettronica organica.Scienza 336, 327–332 (2012).
Wang, Y. ecc. Un polimero altamente estensibile, trasparente e conduttivo.scienza.Avanzato 3, e1602076 (2017).
Lipomi, DJ, Tee, BC-K., Vosgueritchian, M. & Bao, Z. Celle solari organiche estensibili.Alma mater anziano.23, 1771–1775 (2011).
Kang, C. et al.Il raddrizzatore a diodo pentacene da 1 GHz è realizzato mediante deposizione controllata di film sottile sull'anodo Au trattato con SAM.Elettronica avanzata.alma mater.2. 1500282 (2016).
Matsuhisa, N. ecc. Un diodo raddrizzatore organico meccanicamente durevole e flessibile con catodo etossilato di polietilenimmina.Elettronica avanzata.alma mater.2. 1600259 (2016).
Borchert, JW, ecc. Transistori flessibili a film sottile organico a bassa tensione e alta frequenza.scienza.Avanzato 6,1-9 (2020).
Mountain Village, A. ecc. Cristalli organici singoli a livello di wafer, controllati da uno strato per il funzionamento del circuito ad alta velocità.scienza.Avanzato 4, 21 (2018).
Wang, X. ecc. Utilizzato per il trattamento del tumore multi-sito wireless, bioelettromagnetismo stampato che può essere incollato con il controllo elettronico del tempo e dello spazio della pelle in metallo liquido.Funzionalità avanzate.alma mater.29, 1907063 (2019).
Liu, Z. et al.Pellicola a gradiente di spessore utilizzata per sensori di deformazione estensibili con fattore di deformazione elevato.Alma mater anziano.27, 6230–6237 (2015).
JK O'Neill, S. et al.Sensore di pressione flessibile a base di fiori di carbonio realizzato con rivestimento ad ampia area.Alma mater anziano.Interfaccia 7, 2000875 (2020).
Jeon, J., Lee, H.-B.-R.& Bao, Z. Sensore di temperatura wireless flessibile basato su materiale composito polimerico binario riempito di particelle di nichel.Alma mater anziano.25, 850–855 (2013).
Wang, C. ecc. Piccole molecole di chinoidi a base di tiofene-dichetopirrolopirrolo sono utilizzate come semiconduttori organici processabili in soluzione e stabili all'aria: la lunghezza e le posizioni dei rami delle catene laterali alchiliche sono regolate per la trasmissione ad effetto di campo organico a canale n ad alte prestazioni.Applicazione ACS alma mater.Interfaccia 7, 15978–15987 (2015).
Ito, Y. et al.Un monostrato cristallino super liscio autoassemblato di alchil silano per transistor organici ad effetto di campo.Società chimica J. Am.131, 9396–9404 (2009).