Science：在胳膊上玩“愤怒的小鸟”

在胳膊上玩“愤怒的小鸟”？这可不是忽悠大家，有视频为证：

视频来源：Science

除了“愤怒的小鸟”，弹弹钢琴也是可以的。

视频来源：Science

大家可能都注意到了，视频中的重点在于胳膊上面那个透明有弹性的东东，这是韩国首尔大学Jeong-Yun Sun教授团队刚刚在Science上报道的可穿戴柔性透明触控屏，由离子导电水凝胶材料制成。（Highly stretchable, transparent ionic touch panel. Science, 2016, 353, 682-687, DOI: 10.1126/science.aaf8810）

常见的触控面板分为电阻型与电容型两种，无论是哪一种，都需要透明导电薄膜。氧化铟锡镀层玻璃（即ITO玻璃）是最常用的触控屏材料。不过，ITO玻璃作为一种硬质材料，无法满足下一代触控屏对柔韧性及生物相容性的要求。

图1 一维导电凝胶的工作原理。图片来源：Science

Sun教授团队的柔性透明触控屏组成非常简单：聚丙烯酰胺作为凝胶材料（PAAm），溶解在里面的氯化锂（LiCl，浓度为2 M）作为离子导电介质。通过在凝胶四角施加同等电压，在凝胶上形成均匀的电场。当手指接触到触摸屏时，由于人体是导体，此时触摸点接地，就会与间存在电势差，形成电流。而各个电极流过的电流大小与接触点的到电极的位置成正比，因此可以通过电流的大小确定接触点的位置。

图2 二维导电凝胶的工作原理及其用于手绘板。图片来源：Science

不过，水凝胶材料的柔韧性与稳定性对其应用前景至关重要。研究者们将他们的水凝胶材料拉伸至原来尺寸的10倍，其依然保持良好的触控性能。在拉伸状态下，凝胶的基线电流会上升，但是同时触摸电流也会同步变化。此外，经过反复拉伸50次，凝胶的电阻性能基本不发生变化，而在拉伸100次后，凝胶的电阻轻微上升，作者认为这是由于水分蒸发所导致的。这些结果证明这种离子导电水凝胶材料稳定性良好，保证了凝胶的后续使用。

图3 凝胶触控屏拉伸后使用。图片来源：Science

既然得到了性能如此优异的凝胶触控屏，研究者们开始考虑将它做成器件。首先，他们将导电凝胶复合在3M公司的VHB胶带上（作为粘合层），再将其贴在手臂上（图4），然后就可以在触控屏上写字、画图、下国际象棋、弹钢琴、玩愤怒的小鸟（图5，以及本文开头的视频）。总之，只要是传统触控屏可以做的事，它都能够实现。

图4 可穿戴导电凝胶触控器件。图片来源：Science

图5 凝胶触控屏用于写字、演奏音乐和下象棋。图片来源：Science

总之，这种离子导电水凝胶触控屏为可穿戴设备的发展提供了新的可能，能否实用化，我们拭目以待。

http://science.sciencemag.org/content/353/6300/682

（本文由YHC供稿）