研究背景新兴高科技（例如智能手机、计算机和显示器）的进步导致了使用不可再生和不可生物降解资源制成的电子产品消费量的增加。迄今为止，柔性电子产品因其定制化和便携尺寸、多功能性以及出色的生物相容性，在广泛的应用中吸引了广泛关注，如传感器、可穿戴设备、电子皮肤、电子电路、微流控和软机器人。然而，电子垃圾的增加导致了严重的环境污染和能源消耗问题，这给柔性电子设备的发展带来了巨大挑战。因此，未来柔性电子设备的发展趋势是创新向环境友好和可持续的设备转变，这对于下一代柔性电子设备来说是非常理想的。木质纤维素及其天然衍生物是可持续的碳水化合物聚合物，它们通过自下而上和自上而下的策略广泛构建。它们可用于生产各种应用中的高级功能电子产品，这些产品具有高透明度、出色的机械性能和低热导率，例如光电子学、智能显示屏、电致发光设备和传感器。自下而上的方法从低维的纤维素构建块开始，组装成二维或三维纳米材料，这些材料与导电材料结合，以获得强大且灵活的电子设备。而基于整体木材或胶合板的另一种自上而下的策略已经使其能够直接转换为木材基功能电子产品的开发基材。通过微结构、组成和孔隙度的纳米控制，已经实现了木材纳米技术，使得具有卓越机械和光学性能以及灵活性的高性能电子产品成为可能。然而，这些基于木材的电子产品在进行复杂形状变形的能力上受到限制，这阻碍了它们在需要定制尺寸、可折叠结构、可编辑形状和智能变形的应用场景中的应用。重新配置设计使得所提出的材料在制造后可以重新配置，赋予其额外的属性或应用需求，例如3D打印和折叠设计。对于基于纤维素的基材，它们的形状变形通常通过光学、热量、湿度敏感性以及电和磁响应来控制。虽然以折纸为灵感的技术是一种基于纸张的折叠艺术，它将二维纸张转变为具有任意形状可编辑特性的三维结构。铅笔画在纸上是一种吸引人的方法，用于实现对人体各种重要生物物理和生化信号的高保真检测。然而，基于铅笔画纸的电子设备的导电耐久性可能会受到折叠和变形的影响，因为碳黑是物理附着在纸基上的。多亏了计算机技术的快速发展，各种复杂图案的电子设备可以通过计算机程序和3D打印技术设计，并且使导电墨水能够牢固地附着在柔性电子设备上。选择了一种典型的由纤维素纳米纤维（CNF）制成的凝胶墨水，这是因为它具有强大的粘附力和复杂的网络结构，以及可调节的流变特性。这种整合显著推动了可编程设备的折纸折痕设计的发展，这些设备旨在应用于软体机器人和夹持器、可变形电路、可扩展支架以及智能执行器。据我们所知，以前的研究报告集中在折纸折痕软弹性体、拉伸聚合物、液晶和各向同性结构的纸基材料。然而，很少有研究记录基于薄木膜的柔性折纸电子设备。此外，开发具有形状可编程性和可编辑性的基于木材的电子设备也面临着重大挑战。研究成果 天然聚合物基材正受到关注，作为电子领域塑料基材的替代品，旨在结合高性能、复杂形状变形和环境可持续性。本文中，南京林业大学符启良教授&东北林业大学谢延军教授等人将天然木材薄片转化为透明木材薄膜（TWF）基材。建立了3D打印与折纸技术的结合，创造出可编程的基于木材的折纸电子设备，由于高度对齐的纤维素纤维和它们之间形成的众多分子间氢键，这些设备展现出优越的柔韧性以及高强度（393 MPa）。此外，灵活的TWF电子设备展现出可编辑的多重配置，并保持稳定的导电性。这归因于纤维素基墨水与TWF基材之间通过非共价键的强粘附力。得益于其各向异性结构，通过顺序折叠成预定设计的形状，实现了TWF电子设备的可编程性。这种设计不仅促进了环境可持续性，还引入了其可定制的形状，具有在传感器、微流控和可穿戴电子设备中应用的潜力。相关研究以“Programmable and flexible wood-based origami electronics”为题发表在Nature Communications期刊上。图文导读Fig. 1 | Schematic illustration of the flexible wood-based origami electronics.Fig. 2 | The morphological and structural characterizations of OW, PW and TWF.Fig. 3 | Schematic preparation of cellulose-based CNT/TOCNFs conductive ink and the TWF flexible electronics.Fig. 4 | The simulation and potential application of programmable and flexible wood-based origami electronics.总结与展望总而言之，作者开发了可编程和灵活的基于木材的折纸电子设备，用于先进和可持续的电子设备。通过利用木材纳米技术的进步，去木质化和软化的多孔木材被压制成薄而透明的基于木材的基材，可以被塑造成不同的形状，并用导电的CNT/TOCNFs墨水打印，用于智能基于木材的折纸电子设备，由于保留了原始细胞壁结构和高度排列的纤维素纤维，因此具有优异的抗拉强度。此外，基于纤维素的导电墨水被打印到TWF基材上，并且由于形成氢键和范德华力而具有强烈的界面粘附性。灵活的基于木材的电子设备显示出有利且稳定的导电性，不受各种变形（例如弯曲、折叠和卷曲）的限制，这得益于均匀连接的CNTs的电子传输。受折纸启发的设计和DIW技术使得可以创建不仅灵活而且可编辑形状的电子设备，具有任何所需架构，扩展了它们在更复杂和动态场景中的潜在应用。灵活的基于木材的折纸电子传感器设备的实施展示了在可穿戴和运动监测中稳定电学信号的检测。此外，即使在多次回收过程后，回收基材的机械性能也与随机构建的纤维素基材料相当，表明了优越的可回收性。结合木材纳米技术，本研究的亮点是提出了一种从天然木材的各向异性结构设计灵活的基于木材的折纸电子设备的方法，这对于一些传统材料来说是一个挑战，例如打印机纸张和塑料。相信所提出的方案为设计基于木材的智能和灵活电子设备提供了一种新的解决方案，这些设备可以扩展在传感器、可穿戴设备、电子皮肤和软体机器人中的潜在应用。文献链接Programmable and flexible wood-based origami electronicshttps://doi.org/10.1038/s41467-024-53708-1*本文来源：作者团队，感谢作者团队对本公众号的大力支持！如有侵权，请联系删除，如有冒犯之处敬请见谅!推荐阅读 【黑科技】墨尔本大学：顶级学术期刊Nature揭示动态界面打印 【黑科技】泰国宋卡王子大学：丝网印刷纳米材料制备基于单酶能量收集的柔性可穿戴自供能生物传感器 【黑科技】TCL华星：推出印刷OLED手机！ 【黑科技】湖南工业大学经鑫《AFM》：高韧性、抗溶胀各向异性导电水凝胶！ 【黑科技】中科院化学所宋延林/乔雅丽团队JACS：气泡模板印刷手性增强的分形多级次组装体 视频号：#柔性电子那些事
