Forskere skaber træthedsfri, strækbar leder

Forskere har opdaget en ny strækbar, gennemsigtig leder, der kan foldes eller strækkes og frigøres, resulterer i en stor krumning eller en betydelig belastning, mindst 10, 000 gange uden at vise tegn på træthed.

Dette er et afgørende skridt i at skabe en ny generation af foldbar elektronik - tænk på et fladskærms-tv, der kan rulles sammen for nem transport - og implanterbart medicinsk udstyr. Arbejdet, offentliggjort mandag i Proceedings of the National Academy of Sciences , parrer guld nanomesh med et strækbart substrat lavet med polydimethylsiloxan, eller PDMS.

Substratet strækkes, før guldnanomasken lægges på det - en proces kendt som "prestretching" - og materialet viste ingen tegn på træthed, når det cyklisk strækkes til en belastning på mere end 50 procent.

Guld nanomesh viste sig også befordrende for cellevækst, angiver, at det er et godt materiale til implanterbart medicinsk udstyr.

Træthed er et almindeligt problem for forskere, der forsøger at udvikle en fleksibel, gennemsigtig leder, fremstilling af mange materialer, der har god elektrisk ledningsevne, fleksibilitet og gennemsigtighed - alle tre er nødvendige for foldbar elektronik - slides for hurtigt til at være praktisk, sagde Zhifeng Ren, en fysiker ved University of Houston og hovedforsker ved Texas Center for Superconductivity, som var hovedforfatter til avisen.

Det nye materiale, fremstillet ved korngrænselitografi, løser det problem, han sagde.

Ud over Ren, andre forskere på projektet omfattede Chuan Fei Guo og Ching-Wu "Paul" Chu, begge fra UH; Zhigang Suo, Qihan Liu og Yecheng Wang, alle fra Harvard University, og Guohui Wang og Zhengzheng Shi, begge fra Houston Methodist Research Institute.

I materialevidenskab, "træthed" bruges til at beskrive den strukturelle skade på et materiale forårsaget af gentagen bevægelse eller tryk, kendt som "belastningscykling". Bøj et materiale nok gange, og det bliver beskadiget eller går i stykker. Det betyder, at materialerne ikke er holdbare nok til forbrugerelektronik eller biomedicinsk udstyr.

"Metalmaterialer udviser ofte høj cyklustræthed, og træthed har været en dødelig sygdom for metaller, " skrev forskerne.

"Vi svækker underlagets begrænsning ved at gøre grænsefladen mellem Au (guld) nanomesh og PDMS glat, og forventer, at Au nanomesh opnår superstrækbarhed og høj træthedsmodstand, " skrev de i avisen. "Fri for træthed betyder her, at både strukturen og modstanden ikke ændrer sig eller har ringe ændring efter mange belastningscyklusser."

Som resultat, de rapporterede, "Au nanomesh udviser ikke belastningstræthed, når den strækkes til 50 procent i 10, 000 cyklusser."

Mange applikationer kræver en mindre dramatisk strækning - og mange materialer går i stykker med langt mindre strækning - så kombinationen af ​​et tilstrækkeligt stort område til strækning og evnen til at undgå træthed over tusindvis af cyklusser indikerer et materiale, der ville forblive produktivt over en lang periode , sagde Ren.

Korngrænselitografien involverede en tolags lift-off metalliseringsproces, som omfattede et indiumoxidmaske lag og et offerlag af siliciumoxid og giver god kontrol over maskestrukturens dimensioner.

Forskerne brugte embryonale fibroblastceller fra mus til at bestemme biokompatibilitet; at, sammen med det faktum, at strækbarheden af ​​guldnanomesh på et glat underlag ligner biomiljøet i væv eller organoverflader, foreslår, at nanomesh "kan blive implanteret i kroppen som en pacemakerelektrode, en forbindelse til nerveender eller centralnervesystemet, et bankende hjerte, og så videre, "skrev de.

Rens laboratorium rapporterede mekanikken ved at lave et nyt gennemsigtigt og strækbart elektrisk materiale, ved hjælp af guld nanomesh, i et blad udgivet i Naturkommunikation i januar 2014.

Dette arbejde udvider dette, producere materialet på en anden måde, så det kan forblive træthedsfrit gennem tusindvis af cyklusser.