Strækbar, vridbare ledninger til bærbar elektronik

En Fitbits træningssporingskraft kan snart hoppe fra dit håndled og ind i dit tøj.

Forskere søger at integrere elektronik såsom fitness-trackere og sundhedsmonitorer i vores skjorter, hatte, og sko. Men ingen vil have stive kobbertråde eller siliciumtransistorer, der deformerer deres tøj eller stikker ind i deres hud.

Forskere i Benjamin Wileys laboratorium hos Duke har skabt ny ledende "filt", der nemt kan mønstres på stoffer for at skabe fleksible ledninger. Filten, sammensat af sølvbelagte kobber nanotråde og silikonegummi, bærer elektricitet, selv når den er bøjet, strakt og snoet, om og om igen.

"Vi ønskede at skabe ledninger, der er strækbare på kroppen, " sagde Matthew Catenacci, en kandidatstuderende i Wileys gruppe.

For at skabe en fleksibel ledning, holdet suger først en løsning af kobber nanotråde og vand gennem en stencil, skabe en stak af sammenvævede nanotråde i den ønskede form. Materialet ligner de sammenvævede fibre, der består af stoffilt, men i meget mindre skala, sagde Wiley, en lektor i kemi ved Duke.

"Den måde, jeg tænker på ledningerne på, er som små stænger af ukogt spaghetti, " sagde Wiley. "Vandet passerer igennem, og så ender du med denne bunke pinde med høj porøsitet."

De sammenvævede nanotråde opvarmes til 300 F for at smelte kontakterne sammen, og så tilsættes silikonegummi for at udfylde hullerne mellem ledningerne.

For at vise smidigheden af ​​deres nye materiale, Catenacci mønstrede nanotrådfilten til en række snoede, snoede mønstre. At strække og sno ledningerne op til 300 gange forringede ikke ledningsevnen.

"På en større skala kunne du tage en hel skjorte, sæt det over et vakuumfilter, og med en stencil kan du skabe det trådmønster, du ønsker, " sagde Catenacci. "Når du har tilføjet silicium, så du har bare en lap stof, der er i stand til at strække sig."

Deres filt er ikke det første ledende materiale, der viser en gymnasts smidighed. Fleksible ledninger lavet af sølv mikroflager udviser også dette unikke sæt egenskaber. Men det nye materiale har den bedste ydeevne af noget andet materiale hidtil, og til en meget lavere pris.

"Dette materiale bevarer sin ledningsevne efter at have strækket sig bedre end noget andet materiale med denne høje oprindelige ledningsevne. Det er det, der adskiller det, " sagde Wiley.