Soft electronics have received a great deal of interest due to their pivotal role in healthcare and biomedical devices, soft robotics, and human-machine interfaces. Although many stretchable electronics comprising rigid components (e.g., chips, LED, battery) and stretchable polymer have been developed, interfacial delamination due to mechanical mismatch under various kinds of deformations hinders their practicality. Here, we controlled stress distribution at the interface using puzzle-shaped rigid islands and porous structured soft polymeric matrix. Compared to the shape of conventional rigid islands, the use of the puzzle-shape can drastically improve mechanical stability under different deformation modes (e.g., twisting, shearing, crumpling) without the failure of the electronics. This improvement is attributed to the local curvatures of the pattern exhibiting larger delamination resistance. In addition, islands were hexagonally packed to maximize chip density, and the pores were distributed throughout the soft polymeric structure to reduce the stress on the rigid region by 85%, thereby enhancing stretchability. And a device that mimics a mechanical sensory receptor is a new concept synaptic device that generates a digital signal by itself from a sensor that outputs an existing analog signal. These results are also applicable to various functional soft materials (e.g., liquid crystal elastomer, hydrogel, Ecoflex, Dragon skin, and porous carbon nanotube (CNT) - Ecoflex composite). Our approach provides guidance toward the practical applications of stretchable electronics by solving mechanical durability issues under various deformation modes.
소프트 일렉트로닉스는 의료 및 생체 의학 장치, 소프트 로봇 공학 및 인간-기계 인터페이스에서 중추적 인 역할을 하므로 많은 관심을 받았습니다. 단단한 부품 (예 : 칩, LED, 배터리) 및 신축성 폴리머로 구성된 많은 신축성 전자 장치가 개발되었지만 다양한 변형에 따른 기계적 불일치로 인한 계면 박리가 실용성을 저해합니다. 여기에서는 퍼즐 모양의 단단한 섬과 다공성 구조의 연질 중합체 매트릭스를 사용하여 인터페이스에서 응력 분포를 제어했습니다. 기존의 단단한 섬 모양에 비해 퍼즐 모양을 사용하면 전자 장치의 고장없이 다양한 변형 모드 (예 : 비틀림, 전단, 구겨짐)에서 기계적 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 개선은 더 큰 박리 저항성을 나타내는 패턴의 국부적 인 곡률에 기인합니다. 또한 칩 밀도를 극대화하기 위해 섬을 육각형으로 패킹하고 부드러운 고분자 구조 전체에 기공을 분산시켜 경질 영역의 응력을 85 % 감소시켜 신축성을 향상시켰습니다. 그리고 기계적 감각 수용기를 모방한 소자는 기존의 아날로그 신호를 출력하는 센서로부터 소자 스스로 디지털 신호를 만들어 내는 신개념의 시냅스 모방 소자입니다. 이러한 결과는 다양한 기능성 연질 재료 (예 : 액정 엘라스토머, 하이드로 겔, Ecoflex, Dragon skin 및 다공성 탄소 나노 튜브 (CNT)-Ecoflex 복합재)에도 적용 할 수 있습니다. 우리의 접근 방식은 다양한 변형 모드에서 기계적 내구성 문제를 해결하여 신축성 전자 장치의 실제 적용에 대한 지침을 제공합니다.
