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來聽水凝膠唱歌

103/01/27 瀏覽次數 8236
科學家致力發展具生物相容性的可植入式電子感測器,期望可應用在醫學,用於加強患者腦部、心臟或是皮膚的功能,但多年來仍有許多問題需要解決。哈佛大學機械與材料學科的鎖志剛(Zhigang Suo)教授表示:「目前所有已開發的軟性導電體都是依賴銅或石墨烯做為原料,雖然使材料具有導電特性,但這也大幅降低裝置的生物相容性,植入後會產生許多問題。」

鎖教授和哈佛大學化學教授喬治·懷特塞茲(George M. Whitesides)一起帶領的研究團隊,在2013年8月在(Scinece)雜誌發表了一個採用生物惰性凝膠為基質的離子導體元件,並且可順利導電使得膠體產升行變,這種導電力預期可用在誘發人類心臟跳動或是神經電傳導上。而膠體完全透光的特性甚至可應用光學元件上,是相當具突破性的發明。

從前科學家認為離子導體不適用於電子元件,因為體積較大的離子不能像微小的電子般,因電壓的變化做及時快速的移動與反應。鎖教授和懷特塞茲教授團隊製作的三明治狀離子導體,上下兩層薄聚丙烯醯胺水凝膠夾有大約1毫米厚度的電介質彈性絕緣體,這上下兩層水凝膠富含鹽類。當研究團隊將膠體邊緣施以電壓時,由於水凝膠裡的氯離子和鈉離子快速移動產生靜電力,導致中間的彈性體形變。科學家製作了一個心形的離子導體片,隨者1 Hz頻率控制電壓開關,心形離子導電片出現況張和收縮現象,如同人的心跳。

雖然哈佛團隊研發以水凝膠為基質的離子導體的導電力無法與金屬相媲美,但是水凝膠具有相當低的片電阻值特性外,可以乘載高電壓,完美的表現出從低到高不同頻率的震動,並且產生多種聲音。鎖教授團隊裡的一位音響愛好者克里斯多夫.克普林格(Christoph Keplinger)聯想到,可以利用離子導電體來自製透明喇叭!這個裝置可以自由發出人耳20到20000赫茲可聽範圍的音頻,如果將裝置接到筆記型電腦,經過放大器播放歌曲,就如同一般市售的喇叭一樣。

鎖教授表示:「為了水凝膠的透明魅力,還有它的可塑和生物相容性,你或許會願意犧牲掉一些導電力。」他相信當越來越多工程師見到以水凝膠為基質的離子導體的簡潔與美,將迸出更多新主意來應用它、開發它,甚至可以取代一些舊的電子產品。伊利諾大學厄巴納香檳分校的材料專家約翰‧羅傑士(John A. Rogers),則大力讚揚這個透明的新技術不僅可以用在人造肌肉、視力重建等方面,還可以應用在貼窗式降噪設備,做為隔音的新材料。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿/2013年11月)
 
責任編輯:陳藹然|國立臺灣大學科學教育發展中心
 
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