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Los dispositivos electrónicos blandos que son similares a la piel y de naturaleza elástica son fundamentales para la realización de la próxima generación de medicina remota y preventiva para la atención médica personal avanzada,1,2,3,4.Los últimos desarrollos en conductores y semiconductores esencialmente estirables han hecho posible circuitos electrónicos o dispositivos optoelectrónicos altamente mecánicamente robustos y adaptables a la piel2,5,6,7,8,9,10.Sin embargo, su frecuencia de operación está limitada por debajo de 100 Hz, que es mucho más baja que la frecuencia requerida para muchas aplicaciones.Aquí, informamos que los diodos intrínsecamente estirables, basados ​​en nanomateriales y orgánicos estirables, pueden operar a frecuencias de hasta 13,56 MHz.La frecuencia operativa es lo suficientemente alta para el funcionamiento inalámbrico de sensores blandos y píxeles de visualización electrocrómicos mediante identificación por radiofrecuencia, donde la frecuencia portadora básica es 6,78 MHz o 13,56 MHz.Esto se logra mediante la combinación de un diseño de materiales razonable y una ingeniería de equipos.Específicamente, hemos desarrollado un ánodo estirable, un cátodo, un semiconductor y un colector de corriente que puede cumplir con los estrictos requisitos de la operación de alta frecuencia.Finalmente, integramos el diodo con un sensor estirable, un píxel de visualización electrocrómico y una antena para realizar una etiqueta inalámbrica estirable, demostrando así la viabilidad operativa de nuestro diodo.Este trabajo es un paso importante para realizar las funciones y capacidades mejoradas de los productos electrónicos portátiles similares a la piel.
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Sim, K. etc. Un parche bioelectrónico epicárdico hecho de material de goma suave que puede mapear actividades electrofisiológicas en el tiempo y el espacio.Nat.electrónico.3, 775–784 (2020).
Wang, S. etc. Dermatología para la fabricación escalable de matrices de transistores esencialmente estirables.Naturaleza 555, 83–88 (2018).
Miyamoto, A. et al.Dispositivo electrónico para la piel no inflamatorio, transpirable, liviano y estirable con nano malla.Nat.nanotecnología12, 907–913 (2017).
Zheng, Y. et al.Microlitografía óptica monolítica de circuitos flexibles de alta densidad.Ciencia 373, 88–94 (2021).
Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z. y Pei, Q. Pantallas y dispositivos emisores de luz de polímero flexible.Nat.Fotón.7, 817–824 (2013).
Kim, H., Sim, K., Thukral, A. & Yu, C. La electrónica y los sensores de caucho provienen del material compuesto elástico inherentemente estirable de semiconductores y conductores.Ciencias.Avanzado 3, e1701114 (2017).
Kim, J.-H.& Park, J.-W.Diodos emisores de luz orgánicos esencialmente estirables.Ciencias.Adv.7, eabd9715 (2021).
Wang, Z. etc. La célula solar orgánica inherentemente estirable lograda por el método de impresión por transferencia tiene una eficiencia de conversión de energía de más del 10%.Características avanzadas.alma mater.31, 2103534 (2021).
Sí, J. etc. La eficiencia intrínseca de más del 11% puede estirar las células solares orgánicas.ACS Energy Corporation 6, 2512-2518 (2021).
Kaltenbrunner, M. et al.Diseño ultraligero para productos electrónicos de plástico que no son fácilmente detectables.Naturaleza 499, 458–463 (2013).
Minev, IR, etc. Duramadre electrónica para interfaz neuronal multimodal a largo plazo.Ciencia 347, 159–163 (2015).
Khodagholy, D. etc. NeuroGrid: Registro de potenciales de acción en la superficie del cerebro.Nat.Neurociencia.18, 310–315 (2015).
Wang, C., Wang, C., Huang, Z. & Xu, S. Materiales y estructuras para electrónica blanda.Alma mater superior.30, 1801368 (2018).
Kim, D.-H.Esperar.Una película soluble de fibroína de seda utilizada para productos electrónicos biointegrados conformes ultradelgados.Nat.alma mater.9, 511–517 (2010).
Gao, W. etc. Una matriz de sensores portátiles completamente integrada para el análisis de sudor in situ multicanal.Naturaleza 529, 509–514 (2016).
Matsuhisa, N., Chen, X., Bao, Z. y Someya, T. Material y diseño estructural de conductores estirables.sociedad química.Rev. 48, 2946–2966 (2019).
Wang, S., Oh, JY, Xu, J., Tran, H. & Bao, Z. Productos electrónicos inspirados en la piel: un paradigma emergente.Depósito químico acumulativo 51, 1033–1045 (2018).
Kim, H., Thukral, A., Sharma, S. & Yu, C. Transistor completamente elástico estirable biaxialmente basado en nanocompuestos semiconductores similares al caucho.Alma mater superior.Tecnología.3. 1800043 (2018).
Sim, K. etc. Electrónica totalmente integrada en caucho a partir de semiconductores inherentemente estirables y altamente móviles.Ciencias.Avanzado 5, 14 (2019).
Niu, S. etc. Red inalámbrica de sensores de área corporal basada en etiquetas pasivas escalables.Nat.electrónico.2, 361–368 (2019).
Huang, Z. etc. Equipo electrónico extensible integrado tridimensional.Nat.electrónico.1, 473–480 (2018).
Bandoka, AJ, etc. Sistema microfluídico/electrónico de interfaz de piel sin batería para electroquímica, colorimetría y análisis de volumen simultáneos del sudor.Ciencias.Avanzado 5, 587 (2019).
Steudel, S. etc. Comparación de estructuras de diodos orgánicos para el comportamiento de rectificación de alta frecuencia en etiquetas RFID.J. Aplicación Física 99, 114519 (2006).
Viola, FA, etc. Rectificador de 13,56 MHz basado en todos los diodos orgánicos impresos por chorro de tinta.Alma mater superior.32, 2002329 (2020).
Higgins, SG, Agostinelli, T., Markham, S., Whiteman, R. y Sirringhaus, H. Rectificadores de diodos orgánicos basados ​​en polímeros conjugados de alto rendimiento para circuitos de recolección de energía de campo cercano.Alma mater superior.29, 1703782 (2017).
Zhou, X., Yang, D. y Ma, D. Fotodetectores de polímeros con corriente oscura extremadamente baja, alta capacidad de respuesta y rango de respuesta espectral de 300 nm a 1000 nm.Selección avanzada.alma mater.3, 1570-1576 (2015).
Huang, J. et al.Un fotodetector orgánico procesado en solución de alto rendimiento para la detección del infrarrojo cercano.Alma mater superior.32, 1906027 (2020).
Heljo, PS, Schmidt, C., Klengel, R., Majumdar, HS y Lupo, D. Análisis eléctrico y térmico de interruptores de filamento dependientes de la frecuencia en diodos rectificadores impresos.organización.electrónico.20, 69–75 (2015).
Bose, I., Tetzner, K., Borner, K. & Bock, K. Diodo rectificador orgánico amorfo (ORD) procesable en solución, de alta densidad de corriente, estable al aire para la fabricación de bajo costo de baja frecuencia pasiva flexible Etiquetas RFID.Microelectrónica.de confianza.54, 1643-1647 (2014).
Lee, Y. etc. Un parche independiente de monitoreo de salud en tiempo real basado en un sistema fotoeléctrico orgánico extensible.Ciencias.Avanzado 7, eabg9180 (2021).
Gao, H., Chen, S., Liang, J. y Pei, Q. Polímeros emisores de luz elásticos mejorados por redes interpenetrantes.Aplicación ACS alma mater.Interfaz 8, 32504–32511 (2016).
Li, L. etc. Una célula solar de polímero inherentemente estirable de estado sólido.Aplicación ACS alma mater.Interfaz 9, 40523–40532 (2017).
Gracias, YT, etc. Realice células solares orgánicas esencialmente estirables a través de la capa de extracción de carga y la ingeniería de materiales fotosensibles.Aplicación ACS alma mater.Interfaz 10, 21712–21720 (2018).
Matsuhisa, N. etc. Transistor estirable de alta transconductancia realizado mediante morfología de microgrietas de oro controlada.Electrónica avanzada.alma mater.5. 1900347 (2019).
Zhou, Y. et al.Un método general para producir electrodos de baja función de trabajo para electrónica orgánica.Ciencia 336, 327–332 (2012).
Wang, Y. etc. Un polímero altamente elástico, transparente y conductor.Ciencias.Avanzado 3, e1602076 (2017).
Lipomi, DJ, Tee, BC-K., Vosgueritchian, M. & Bao, Z. Células solares orgánicas estirables.Alma mater superior.23, 1771-1775 (2011).
Kang, C. et al.El rectificador de diodo de pentaceno de 1 GHz se realiza mediante la deposición controlada de una película delgada sobre el ánodo de Au tratado por SAM.Electrónica avanzada.alma mater.2. 1500282 (2016).
Matsuhisa, N. etc. Un diodo rectificador orgánico mecánicamente duradero y flexible con cátodo etoxilado de polietilenimina.Electrónica avanzada.alma mater.2. 1600259 (2016).
Borchert, JW, etc. Transistores orgánicos flexibles de película delgada de baja tensión y alta frecuencia.Ciencias.Avanzado 6,1-9 (2020).
Mountain Village, A. etc. Monocristales orgánicos controlados por capa a nivel de oblea para operación de circuito de alta velocidad.Ciencias.Avanzado 4, 21 (2018).
Wang, X. etc. Utilizado para el tratamiento inalámbrico de tumores en múltiples sitios, bioelectromagnéticos impresos que se pueden pegar con control electrónico de tiempo y espacio de la piel de metal líquido.Características avanzadas.alma mater.29, 1907063 (2019).
Liu, Z. et al.Película de gradiente de espesor utilizada para sensores de tensión estirables de alto factor de deformación.Alma mater superior.27, 6230–6237 (2015).
JK O'Neill, S. et al.Sensor de presión flexible a base de flores de carbono fabricado con un revestimiento de gran superficie.Alma mater superior.Interfaz 7, 2000875 (2020).
Jeon, J., Lee, H.-B.-R.& Bao, Z. Sensor de temperatura inalámbrico flexible basado en material compuesto de polímero binario lleno de partículas de níquel.Alma mater superior.25, 850–855 (2013).
Wang, C. etc. Las moléculas quinoides pequeñas basadas en tiofeno-dicetopirrolopirrol se utilizan como semiconductores orgánicos estables al aire y procesables en solución: la longitud y las posiciones de ramificación de las cadenas laterales de alquilo se ajustan a la transmisión de efecto de campo orgánico de canal n de alto rendimiento.Aplicación ACS alma mater.Interfaz 7, 15978–15987 (2015).
Ito, Y. et al.Una monocapa autoensamblada supersuave cristalina de silano de alquilo para transistores de efecto de campo orgánico.J. Am Sociedad Química.131, 9396–9404 (2009).