Forskning kan hjælpe fleksibel teknologi til at vare længere, undgå kritiske fejl

Uanset om det er ved regelmæssig brug, overforbrug eller misbrug, hver enhed er forpligtet til at udvikle revner på et tidspunkt. Det er bare tingenes natur.

Revner kan være særligt farlige, selvom, når man arbejder med biomedicinsk udstyr, der kan betyde liv eller død for en patient.

En ny undersøgelse fra et forskerhold fra Binghamton University bruger topografien af ​​menneskelig hud som en model, ikke til at forhindre revner, men til at styre dem på den bedst mulige måde for at undgå kritiske komponenter og gøre reparationer nemme.

Studiet, offentliggjort 17. september i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , ledes af Binghamton Univerity lektor i biomedicinsk teknik Guy German og ph.d. studerende Christopher Maiorana. Til studiet, Maiorana konstruerede en serie af enkeltlags- og dobbeltlagsmembraner fra silikonebaseret polydimethylsiloxan (PDMS), et inert og ikke -giftigt materiale, der bruges i biomedicinsk forskning. Indlejret i lagene er små kanaler beregnet til at styre eventuelle revner, der dannes - som, når en del af et biomedicinsk udstyr, ville give mere kontrol over, hvordan revnerne dannes. Potentielle skader kan gå omkring kritiske områder af fleksibel elektronik, for eksempel, øger dens funktionelle levetid.

"I dette relativt nye felt af hyperelastiske materialer - materialer, der virkelig kan strække sig - har der været meget arbejde, men ikke inden for frakturkontrol, " sagde tysk. "Brudkontrol er kun blevet undersøgt i mere skrøbelige materialer."

Hvad der er særligt vigtigt, Maiorana og German sagde, har PDMS som grundlag for den fleksible membran, da det er kendt for sine mange anvendelsesmuligheder. Undersøgelsen integrerer også andre almindelige materialer.

"Vi gør det uden at bruge noget eksotisk materiale, " sagde Maiorana. "Vi opfinder ikke noget nyt metal eller keramik. Vi bruger gummi eller modificerer normalt glas til at gøre disse ting. Vi har taget denne virkelig grundlæggende idé og gjort den funktionel."

Germans igangværende forskning i menneskelig hud fik ham til at indse, at det yderste lag - kendt som stratum corneum - udviser et netværk af v-formede topografiske mikrokanaler, der ser ud til at være i stand til at lede frakturer til huden.

Denne undersøgelse begyndte med ideen om at genskabe denne effekt i ikke -biologiske materialer. Tidligere forsøg på at styre mikrosprækker har brugt mere solide midler, såsom kobberfilm omkring de mest følsomme dele af fleksible elektronikkomponenter.

"Selvom denne membran ser ud og føles præcis som en normal, kedelig membran, " han sagde, "man strækker det, og man kan få revner til at afvige i 45 graders vinkler væk fra det sted, hvor det normalt ville have revnet. Jeg synes, det er ret fedt."

På grund af den lange fremstillingsperiode for membranerne, Maiorana brugte ofte en uge på at producere en og derefter rive den fra hinanden i løbet af få sekunder – for så at starte forfra med den næste. Han krediterede den stigende præcision af additiv fremstilling og dens evne til at printe stadigt mindre funktioner for at gøre produktionen af ​​membranerne mulig.

"Chris var ved at designe sine egne fabrikationssystemer til at lave disse substrater, " sagde tysk, "fordi han var nødt til at 3D-udskrive en form og derefter bruge dette smarte system til at kontrollere dybden af ​​disse kløfter i underlaget. Det er virkelig teknisk udfordrende."

Maiorana tilføjede:"Der er et vist niveau af kunst i det. Du tror, ​​der er en hel videnskabelig proces, og der er, men en del af det er, at du har gjort denne proces før, og du ved, hvordan den skal se ud."

Dette studie, tysk sagde, fremmer biomedicinske ingeniørers søgen efter at lære af, hvad naturen allerede har perfektioneret.

"Det er ligegyldigt, hvor god en ingeniør du er - evolution tænkte først på det, "sagde han." Evolutionen vinder altid. "