用于生物医学诊疗的折叠磁膜可重构柔性电子器件

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磁控柔性机器人可以改变自身的形状通过狭窄的空间,在血管等复杂网络中,可以组合不同的运动模式进行导航,到达体内特定的部位,为血管性疾病、微创手术等提供了一种更加安全、便捷的治疗手段。将柔性机器人作为电路的载体,改变其空间结构,可以实现电路性能的动态重构。这种可重构电路可以有效提高电路的复用性、减小电路的体积并增强电子器件的环境适应能力。但是,电路大部分是刚性电路,导致电路的难以弯曲变形,并且无法适应环境受限的场合。而磁场控制的磁性薄膜只能产生简单的变形,实现磁性薄膜复杂的多轴弯曲和旋转仍有很大的挑战。因此,本文基于折纸工艺设计了三种具有代表性的磁性薄膜,并且作为载体驱动柔性电子器件进行电学重构,完成电子器件的可控部署,主要的研究成果如下所示:将离散的磁性颗粒嵌入高分子聚合物中制备磁性薄膜,并利用折纸工艺在单个磁性薄膜上引入了多个磁极,设计了对应的磁极序列。同时对矩形磁性薄膜进行了理论分析,建立了基本的数学模型,理论计算的结果与测试结果和仿真结构具有很好的一致性。通过与外部磁场的耦合以及本征磁性之间的相互作用,磁性薄膜能够产生复杂的空间变形,可以在干燥的表面或液体环境中运动,并具有可逆地捕获和释放速度为326 mm s-1的物体的能力。这些磁性薄膜也可以作为电路的基底,用来驱动柔性电子器件,例如天线、能量采集器、LED阵列电路等,进行自发变形。磁性薄膜上的柔性电子器件具有可调的增益和频率,以及磁性薄膜复杂的磁极性所产生的新颖折叠和释放机制。通过组合等方式,磁性薄膜可以形成更加复杂的结构和磁极,在手术型机器人、可调天线和其他涉及可重构柔性电子器件的场合具有广泛的应用前景。
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