Soft and Strong: Elastic Conductors with Bio‐Inspired Self‐Protection

材料科学 复合材料 纱线 导电体 织物 刚度 可伸缩电子设备 极限抗拉强度 灵活性(工程) 电极 数码产品 电气工程 统计 化学 数学 物理化学 工程类
作者
Chenglong Zhang,Xiulun Yin,Chris Zhou,Xin Lu,Siying Wu,Ying Li,Addie Bahi,Sukhneet Dhillon,Orlando J. Rojas,Jinhua Jiang,Nanliang Chen,Frank Ko,John D. W. Madden
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202512471
摘要

Abstract Skin is soft yet strong – a combination achieved by integrating compliant elastin with stiff but wavy collagen, producing non‐linear mechanical properties. Inspired by this structure, stiff conductive wires are engineered into sinusoidal patterns and mechanically interlocked them with highly elastic fibers using a reimagined woven fabric approach. The result is a highly conducting and stretchable yarn that also has high tensile strength – a combination that is attractive for wearable applications where comfort and durability are valued. With a diameter of ≈1 mm—comparable to many commercial yarns—the fabric‐based yarn exhibits low stiffness across a broad strain range (up to 270% under 2 N of force) while demonstrating a self‐protective transition to high stiffness and strength (up to 30 MPa) as it nears failure. Additionally, this yarn offers excellent flexibility, high strain tolerance (exceeding 500%), inherent breathability, and superior weavability. By tuning the number of elastic fibers and electrode fibers, it can further tailor these stretchable conductive yarns into strain‐insensitive connecting yarns (low impedance at MHz frequencies, GF = 0.0003) and mechanical sensing yarns with dual strain and proximity sensing capabilities. The integration of these functional yarns enables system‐level smart textile applications, such as wristband controllers.
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