Selvhelbredende, fleksibelt elektronisk materiale genopretter funktioner efter mange pauser

Elektroniske materialer har været en stor anstødssten for udviklingen af ​​fleksibel elektronik, fordi eksisterende materialer ikke fungerer godt efter brud og heling. Et nyt elektronisk materiale skabt af et internationalt team, imidlertid, kan helbrede alle dens funktioner automatisk, selv efter at den er gået i stykker flere gange. Dette materiale kan forbedre holdbarheden af ​​bærbar elektronik.

"Bærbar og bøjelig elektronik er udsat for mekanisk deformation over tid, som kunne ødelægge eller knække dem, " sagde Qing Wang, professor i materialevidenskab og teknik, Penn State. "Vi ønskede at finde et elektronisk materiale, der kunne reparere sig selv for at genoprette al dets funktionalitet, og gør det efter flere pauser."

Selvhelbredende materialer er dem, der, efter at have modstået fysisk deformation, såsom at blive skåret i to, naturligt reparere sig selv med ringe eller ingen ydre påvirkning.

I fortiden, forskere har været i stand til at skabe selvhelbredende materialer, der kan genoprette en funktion efter brud, men gendannelse af en række funktioner er afgørende for at skabe effektiv bærbar elektronik. For eksempel, hvis et dielektrisk materiale bevarer sin elektriske resistivitet efter selvhelbredelse, men ikke dets varmeledningsevne, der kan medføre risiko for overophedning af elektronik.

Materialet, som Wang og hans team skabte, genopretter alle egenskaber, der er nødvendige for brug som et dielektrikum i bærbar elektronik - mekanisk styrke, nedbrydningsstyrke for at beskytte mod overspændinger, elektrisk modstand, termisk ledningsevne og dielektrisk, eller isolerende, ejendomme. De offentliggjorde deres resultater online i Avancerede funktionelle materialer .

De fleste selvhelbredende materialer er bløde eller "gummi-lignende, " sagde Wang, men det materiale, han og hans kolleger har skabt, er meget hårdt i sammenligning. Hans team tilføjede bornitrid nanoplader til et basismateriale af plastpolymer. Ligesom grafen, bornitrid nanoplader er todimensionelle, men i stedet for at lede elektricitet som grafen modstår de og isolerer mod det.

"Det meste forskning i selvhelbredende elektroniske materialer har fokuseret på elektrisk ledningsevne, men dielektriske stoffer er blevet overset, " sagde Wang. "Vi har brug for ledende elementer i kredsløb, men vi har også brug for isolering og beskyttelse til mikroelektronik."

Materialet er i stand til at helbrede sig selv, fordi bornitrid nanoplader forbindes med hinanden med hydrogenbindingsgrupper funktionaliserede på deres overflade. Når to stykker er placeret i umiddelbar nærhed, den elektrostatiske tiltrækning, der naturligt forekommer mellem begge bindingselementer, trækker dem tæt sammen. Når hydrogenbindingen er genoprettet, de to stykker er "helt". Afhængigt af procentdelen af ​​bornitrid-nanoark, der er tilføjet til polymeren, denne selvhelbredelse kan kræve yderligere varme eller tryk, men nogle former for det nye materiale kan selvhelbredende ved stuetemperatur, når de placeres ved siden af ​​hinanden.

I modsætning til andre helbredelige materialer, der bruger hydrogenbindinger, bornitrid nanoplader er uigennemtrængelige for fugt. Dette betyder, at enheder, der anvender dette dielektriske materiale, kan fungere effektivt i sammenhænge med høj luftfugtighed, såsom i et brusebad eller på en strand.

"Dette er første gang, der er blevet skabt et selvhelbredende materiale, der kan genoprette flere egenskaber over flere pauser, og vi ser, at dette er nyttigt på tværs af mange applikationer, " sagde Wang.

Lixin Xing, Penn State og Harbin Institute of Technology; Qi Li, Guangzu Zhang, Xiaoshan Zhang og Feihua Liu, alle i Penn State; og Li Liuand Yudong Huang, Harbin Institute of Technology, samarbejdet om denne forskning.

China Scholarship Council støttede denne forskning.