Forskere skaber stærkt ledende og elastiske ledere ved hjælp af sølv nanotråde

Forskere fra North Carolina State University har udviklet stærkt ledende og elastiske ledere lavet af sølv nanoskala ledninger (nanowires). Disse elastiske ledere kunne bruges til at udvikle strækbare elektroniske enheder.

Strækbare kredsløb ville være i stand til at gøre mange ting, som dets stive modstykke ikke kan. For eksempel, et elektronisk "skind" kunne hjælpe robotter med at opfange sarte genstande uden at knække dem, og strækbare skærme og antenner kan få mobiltelefoner og andre elektroniske enheder til at strække og komprimere uden at påvirke deres ydeevne. Imidlertid, det første skridt hen imod at gøre sådanne applikationer mulige er at producere ledere, der er elastiske og i stand til effektivt og pålideligt at transmittere elektriske signaler, uanset om de er deformeret.

Dr. Yong Zhu, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State, og Feng Xu, en ph.d. studerende i Zhus laboratorium har udviklet sådanne elastiske ledere ved hjælp af sølv nanotråde.

Sølv har meget høj elektrisk ledningsevne, hvilket betyder, at den kan overføre elektricitet effektivt. Og den nye teknik udviklet på NC State indlejrer stærkt ledende sølv nanotråde i en polymer, der kan modstå betydelig strækning uden at påvirke materialets ledningsevne negativt. Dette gør det attraktivt som en komponent til brug i strækbare elektroniske enheder.

"Denne udvikling er meget spændende, fordi den umiddelbart kan anvendes til en bred vifte af applikationer, " sagde Zhu. "Desuden, vores arbejde fokuserer på høj og stabil ledningsevne under en stor grad af deformation, komplementær til det meste andet arbejde med sølv nanotråde, der er mere optaget af fleksibilitet og gennemsigtighed."

"Fabrikationstilgangen er meget enkel, " siger Xu. Sølv nanotråde placeres på en siliciumplade. En flydende polymer hældes over siliciumsubstratet. Polymeren udsættes derefter for høj varme, som gør polymeren fra en væske til et elastisk fast stof. Fordi polymeren flyder rundt om sølv nanotrådene, når den er i flydende form, nanotrådene fanges i polymeren, når den bliver fast. Polymeren kan derefter pilles af siliciumpladen.

"Også sølv nanotråde kan printes for at fremstille mønstrede strækbare ledere, " siger Xu. Det faktum, at det er nemt at lave mønstre ved hjælp af sølv nanotrådsledere, burde lette teknikkens brug i elektronikfremstilling.

Når den nanotråd-indlejrede polymer strækkes og slappes af, overfladen af ​​polymeren, der indeholder nanotråde, spænder. Slutresultatet er, at kompositten er flad på den side, der ikke indeholder nanotråde, men bølget på siden, der indeholder sølv nanotråde.

Efter den nanotråd-indlejrede overflade har bukket, materialet kan strækkes op til 50 procent af dets forlængelse, eller trækspænding, uden at påvirke ledningsevnen af ​​sølv nanotrådene. Dette skyldes, at materialets bøjede form gør det muligt for nanotrådene at forblive i en fast position i forhold til hinanden, selv når polymeren strækkes.

"Ud over at have høj ledningsevne og et stort stabilt belastningsområde, de nye strækbare ledere viser fremragende robusthed under gentagen mekanisk belastning, " siger Zhu. Andre rapporterede strækbare ledende materialer er typisk aflejret oven på substrater og kan delaminere under gentagen mekanisk strækning eller overfladegnidning.