Strækbar, meget ledende film lovende til bærbar elektronik

Stærke bindinger mellem metal nanotråde og polymer nanofibre gør det muligt for en kompositfilm at opnå god elektrisk ledningsevne og høj strækbarhed

RIKENs ingeniører har lavet et åndbart materiale, der både er meget strækbart og har god elektrisk ledningsevne, hvilket gør det lovende for on-skin elektronik til mennesker og ledninger til robotter.

For at være egnet til brug som bærbar elektronik, et materiale skal være både strækbart og ledende. Det skal også være åndbart og holdbart. Det er ikke let at finde et materiale, der opfylder alle fire kriterier. En lovende strategi er at kombinere elastiske polymer nanofibre med et netværk af ledende metal nanotråde, men det er udfordrende at få de to komponenter til at binde tæt til hinanden.

Nu, Kenjiro Fukuda og Zhi Jiang fra RIKEN Thin-Film Device Laboratory og deres medarbejdere er lykkedes med at producere et strækbart og ledende materiale ved at kombinere polyurethan nanofibre med sølv nanotråde.

Vigtigt, de to komponenter binder sig stærkt til hinanden. "Der er meget god vedhæftning mellem sølv nanotrådene og polyurethan nanofibrene, " bemærker Fukuda. "Det er grunden til, at vi samtidig opnåede en meget god strækbarhed og ledningsevne." Holdet har mistanke om, at hydrogenbindinger, de samme bindinger, der holder pulpfibre sammen i et ark papir, er ansvarlige for denne gode vedhæftning.

Filmen kunne finde anvendelse som elektriske ledninger, der kan bruges på huden. Dens fleksibilitet gør det muligt for den at strække sig, når en person bøjer deres albue eller knæ, og den kan strækkes til tre gange dens oprindelige længde. På samme måde, det kunne også bruges til ledninger på robotter. En anden potentiel anvendelse er som en sensor. Fordi dens ledningsevne ændres, når den strækkes, den kan bruges til at registrere bevægelse. Holdet demonstrerede dette ved at bruge deres film til at overvåge vinklen på et bøjet håndled og registrere en persons puls.

Filmen har andre fordele udover god strækbarhed og ledningsevne. Da forskerne testede deres film ved at strække og slippe den 1, 000 gange, de observerede, at dens ledningsevne kun faldt moderat, indikerer, at den har god holdbarhed. Desuden, det er nemt at fremstille. "Denne film kan opnås ved løsningsprocesser, " siger Fukuda. "Det er meget vigtigt for masseproduktionen af ​​industriproduktet."

Fukuda bemærker, at hans team ligner materialet, idet det kombinerer forskere med forskellige ekspertiseområder. Jiang bragte sin viden om strækbare nanotråde til projektet, mens Fukuda og andre teammedlemmer støttede fremstillingen af ​​polymer nanomesh-strukturerne.

Holdet har til hensigt at forbedre materialets strækbarhed ved at bruge længere sølv nanotråde. De planlægger også at eksperimentere med andre kombinationer af materialer og forfølge anvendelser af disse åndbare ledere i sundhedsovervågningssystemer i realtid og blød robotik.