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Giant magnetoelastic effect in soft systems for bioelectronics

生物电子学 材料科学 聚二甲基硅氧烷 磁致伸缩 复合数 悬臂梁 压力(语言学) 复合材料 磁场 纳米技术 偶极子 生物传感器 物理 语言学 量子力学 哲学
作者
Yihao Zhou,Xun Zhao,Jing Xu,Yunsheng Fang,Guorui Chen,Yang Song,Song Li,Jun Chen
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:20 (12): 1670-1676 被引量:223
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01093-1
摘要

The magnetoelastic effect-the variation of the magnetic properties of a material under mechanical stress-is usually observed in rigid alloys, whose mechanical modulus is significantly different from that of human tissues, thus limiting their use in bioelectronics applications. Here, we observed a giant magnetoelastic effect in a soft system based on micromagnets dispersed in a silicone matrix, reaching a magnetomechanical coupling factor indicating up to four times more enhancement than in rigid counterparts. The results are interpreted using a wavy chain model, showing how mechanical stress changes the micromagnets' spacing and dipole alignment, thus altering the magnetic field generated by the composite. Combined with liquid-metal coils patterned on polydimethylsiloxane working as a magnetic induction layer, the soft magnetoelastic composite is used for stretchable and water-resistant magnetoelastic generators adhering conformably to human skin. Such devices can be used as wearable or implantable power generators and biomedical sensors, opening alternative avenues for human-body-centred applications.
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