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有机硅薄膜打造柔性电容 第二代创新传感器2017年上市

被定义为第二代创新型拉伸传感器目前正在开发之中,新西兰、丹麦技术公司LEAP均采用瓦克开发的ELASTOSIL Film进行这类新型传感器的研发。LEAP首批样品已经进入测试阶段……

传感器的精准一直是可穿戴设备发展的一项关键因素,最早业界预测苹果iWatch将是医疗级的产品,显然目前智能手表仍未达到医疗级别。事实上,可穿戴设备采集的数据能否做为医疗诊断的依据,首当其冲有赖于传感器。

被定义为第二代创新型拉伸传感器目前正在开发之中,StretchSense(新西兰)、丹麦技术公司LEAP均采用瓦克开发的ELASTOSIL Film进行这类新型传感器的研发。LEAP首批样品已经进入测试阶段。

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瓦克工程有机硅部门汪九山介绍说,该类传感器的核心部件是介电电活性聚合物(简称:dEAP) , LEAP技术公司使用瓦克集团ELASTOSIL柔性有机硅薄膜生产该聚合物。极薄的精确膜位于两个导电电极层之间,该电极由混有煤灰的瓦克有机硅制成。三个层共同构成柔性电容,可吸收并储存电荷。如果硅胶电容发生弯折或变形,则电容也将随之变化。 通过探测微弱的电容变化,实现传感器收集人体活动信息的目的。这样,医生就可观察患者的健康状况,理疗师也可据此信息更正姿势。

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拥有介电属性的有机硅弹性体是一种电活性聚合物,在特定条件下,其可对电刺激做出反应。 例如,将弹性体作为绝缘层置于两个电极层之间时,只要施加电压,弹性体的外形便会发生变化。这一特性使有机硅材料对电活性技术的发展有格外特殊的意义。
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如上图所示,如果将有机硅薄膜分别镀着在柔性导电材料的上下表面,则可形成一种可变形电容:在直流电压下,电极之间互相吸引并挤压柔性材料。弹性体层变薄,同时在平面方向延展,从而使电容整体上变得平坦、宽幅变大。在未施加电压的情况下,柔性材料又将恢复其原有的形状。变形过程安静无声并可重复任意次。
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此外,变形电容还有其他技术优势。例如,在执行器中可直接控制小幅度动作,可利用该特点制造精确高效的工作泵、继电器、人造肌肉、抓取工具或音响设备。如果将数百个有机硅薄膜电容层叠起来(堆栈),甚至可以通过其运动产生电能。 在一项德国联邦政府扶植的创新项目中,德国博世公司与瓦克集团已成功研发出一套可以将海浪势能转化为电能的新设备。

可穿戴传感器促进了消费电子、医疗技术和医疗保健领域新技术的发展。有了传感器技术,适用于人机界面、软机器人技术、机器人控制、虚拟现实、互动游戏和康复的运动捕捉服装和传感器手套将成为现实。首批采用瓦克有机硅薄膜的可穿戴传感器将于2017年面世。可以说,新型可穿戴传感器将使得可穿戴设备更具实用价值。

瓦克有机硅薄膜成分为100%有机硅材料。同其他硅橡胶一样,具有耐高温、抗紫外线等特性,即使在低温条件下仍能保持柔性和化学惰性。另外,其以下特型也对工业领域有宝贵的价值:

•介电性:有机硅是优秀的绝缘材料,特别适合电容生产。
•柔性材质:有机硅薄膜不仅具有极高的弹性、而且不会松弛。测试证明,ELASTOSIL® 薄膜在1000万次压力承重循环后仍未出现丝毫材料疲劳。有机硅材质的EAP传感器极为坚固,使用多年后仍质量可靠。
•透气性:有机硅薄膜防水,而水蒸汽和某些气体却可穿过薄膜。其透气属性具有气体选择性:二氧化碳、氧气和水蒸汽通过有机硅材料的速度快于氮气。因此,可将ELASTOSIL® 薄膜作为气体分离膜使用,例如分离二氧化碳。

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有机硅薄膜将会有更多类应用,例如变形电容电子领域。专家预计,未来几年内使用介电电活性弹性体的继电器、开关和阀门将成为市场主导。在未来汽车工业领域,EAP设备将全面取代电子伺服电动机。有朝一日,变形电容技术还可用于开发新的技术,例如能使盲人阅读的可变形触摸屏。理论上,还可能为风力发电机配备自适应式转子叶片,使其能够根据风况自动调整。又或者飞机机翼,能够按飞行情况调整外形。

工业领域,变形电容技术可能在未来取代液压式海浪发电机。有机硅薄膜柔性、坚固和使用寿命长等优势将大幅降低发电机成本。首款配备 ELASTOSIL® 薄膜的测试产品已开始进行检测。此外还有医疗保健,SILPURAN® 有机硅薄膜具有透气性强、生物兼容性和易于灭菌等特性。因此,其极为适合制造伤口柔性垫带,用于人体活动部位的伤口愈合。

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