Kirigami -kunst kunne muliggøre strækbare plasmaskærme

Kunsten med papirskæring kan skære gennem en vejspærring på vej til fleksibel, strækbar elektronik, et team af ingeniører og en kunstner ved University of Michigan har fundet.

I fremtiden, en lille bøjning i din smartphone kan betragtes som en funktion snarere end en defekt. En vigtig komponent i fremtidens elektronik, der kan rulles sammen, foldet eller indlejret i fleksible genstande er den strækbare leder, som ville udgøre komponenter som ledninger og elektroder.

Ledere, der strækker sig, er svære at designe, og blandt dem, der er kendt, enten udvider de sig ikke meget, eller også tager ledningsevnen et dyk, når de gør det. Ved at udvikle en dirigent inspireret af kirigami, den japanske kunst til papirskæring, ledningsevnen ofres i forvejen. Skæringerne bliver barrierer for elektrisk ledningsevne, men når det strækkes, dirigenterne er faste performere.

"Kirigami-metoden giver os mulighed for at designe deformerbarheden af ​​de ledende plader, hvorimod det før var en meget edisonsk proces med mange misses og ikke mange hits, sagde Nicholas Kotov, Joseph B. og Florence V. Cejka professor i ingeniørvidenskab, med henvisning til Thomas Edisons trial-and-error-tilgang til opfindelse.

Dette skyldes, at når materialer strækkes til det maksimale, det er svært at forudsige, hvornår og hvor rips vil forekomme. Imidlertid, hvis tårerne er designet på en tankevækkende måde, materialets evne til at strække og restituere bliver pålidelig.

Det lyder simpelt, men indtil kunst og teknik kom sammen med dette projekt, ingen havde rapporteret at bruge kirigami til at tackle udfordringen med strækbare ledere. Resultaterne præsenteres i den seneste udgave af Naturmaterialer .

Matt Shlian, kunstner og underviser på U-M Frimærkeskolen for Kunst og Design, inspirerede arbejdet med et stykke papir til at strække sig til et sildebensnet, når det blev strakt.

Den første prototype af kirigami -strækbare leder var sporingspapir dækket af carbon -nanorør. Layoutet var meget enkelt, med snit som rækker af streger, der åbnede sig for at ligne en ostehøvl.

Rigget op i et argonfyldt glasrør, papirelektroden forvandlede gassen til et glødende plasma. Spændingen over elektroden sendte frie elektroner ind i argon-atomerne, får dem til at udsende lys. Kotov forklarede, at arrays af sådanne elektroder kunne styre pixels på en strækbar plasmaskærm.

Ingeniørerne ønskede at forstå præcis, hvordan designvalg påvirkede adfærden af ​​den strækbare leder, så Sharon Glotzer, Stuart W. Churchill professor i kemiteknik, og hendes forskningsgruppe, udført computersimuleringer.

"Først computersimulering gav os intuition om, hvilken slags adfærd der kunne forventes fra forskellige snitmønstre, " sagde Pablo Damasceno, som for nylig fik sin doktorgrad i anvendt fysik.

Derefter, simuleringsteamet undersøgte, hvordan detaljer som længden og krumningen af ​​snittene, og adskillelsen mellem dem, relateret til materialets strækbarhed.

For at fremstille den mikroskopiske kirigami, Terry Shyu, en ph.d.-studerende i materialevidenskab og teknik, lavet specielt "papir" af grafenoxid, et materiale sammensat af kulstof og ilt kun et atom tykt. Hun lagde den på med en fleksibel plast, op til 30 lag af hver.

Den svære del, forklarede hun, lavede snittene bare et par tiendedele af en millimeter lange.

I Lurie Nanofabrikationsfacilitet, hun bestrøg først det højteknologiske papir med et materiale, der kan fjernes med laserlys. Hun brændte stregerne ud af det materiale, hvilket gjorde det til en maske til ætseprocessen.

Et plasma af oxygenioner og elektroner nedbrød "papiret", der ikke var gemt under masken, skabe de pæne rækker af mikroskopiske streger. Dette materiale opførte sig som forudsagt af simuleringerne, strækning uden ekstra omkostninger i ledningsevne.