Sølv nanotråde demonstrerer en uventet selvhelbredende mekanisme

Med sin høje elektriske ledningsevne og optiske gennemsigtighed, indiumtinoxid er et af de mest udbredte materialer til berøringsskærme, plasmaskærme, og fleksibel elektronik. Men dens hurtigt eskalerende pris har tvunget elektronikindustrien til at søge efter andre alternativer.

Et potentielt og mere omkostningseffektivt alternativ er en film lavet med sølv nanotråde - ledninger så ekstremt tynde, at de er endimensionelle - indlejret i fleksible polymerer. Ligesom indiumtinoxid, dette materiale er gennemsigtigt og ledende. Men udviklingen er gået i stå, fordi videnskabsmænd mangler en grundlæggende forståelse af dens mekaniske egenskaber.

Nu Horacio Espinosa, James N. og Nancy J. Farley professor i fremstilling og entreprenørskab ved Northwestern University's McCormick School of Engineering, har ledet forskning, der udvider forståelsen af ​​sølv nanotrådes adfærd i elektronik.

Espinosa og hans team undersøgte materialets cykliske belastning, som er en vigtig del af træthedsanalysen, fordi den viser, hvordan materialet reagerer på svingende belastninger.

"Cyklisk belastning er en vigtig materialeadfærd, der skal undersøges for at realisere de potentielle anvendelser ved at bruge sølv nanotråde i elektronik, " sagde Espinosa. "Kendskab til sådan adfærd giver designere mulighed for at forstå, hvordan disse ledende film fejler, og hvordan de kan forbedre deres holdbarhed."

Ved at variere spændingen på sølv nanotråde, der er tyndere end 120 nanometer og overvåge deres deformation med elektronmikroskopi, forskerholdet karakteriserede den cykliske mekaniske adfærd. De fandt ud af, at permanent deformation delvist kunne genvindes i de undersøgte nanotråde, hvilket betyder, at nogle af materialets fejl faktisk helede sig selv og forsvandt ved cyklisk belastning. Disse resultater indikerer, at sølv nanotråde potentielt kan modstå stærke cykliske belastninger i lange perioder, hvilket er en nøgleegenskab, der er nødvendig for fleksibel elektronik.

"Disse sølv nanotråde viser mekaniske egenskaber, der er ret uventede, " sagde Espinosa. "Vi var nødt til at udvikle nye eksperimentelle teknikker for at kunne måle denne nye materialeegenskab."

Resultaterne blev for nylig vist på forsiden af ​​tidsskriftet Nano bogstaver . Andre Northwestern medforfattere på papiret er Rodrigo Bernal, en nyligt uddannet ph.d.-studerende i Espinosas laboratorium, og Jiaxing Huang, lektor i materialevidenskab og teknik i McCormick.

"Det næste trin er at forstå, hvordan denne genopretning påvirker adfærden af ​​disse materialer, når de bøjes millioner af gange, sagde Bernal, avisens første forfatter.