Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2015 28 окт

Создан безусталостный растягиваемый проводник

Университет Хьюстона

Исследователи создали новый растягиваемый прозрачный проводник, который можно складывать, растягивать с дальнейшим снятием нагрузки без последствий, что дает возможность сгибать его при малых радиусах изгиба или прикладывать большие растягивающие нагрузки, по меньшей мере 10 000 раз, без каких-либо признаков повреждений.

Таким образом, сделан крайне важный шаг в создании нового поколения гибкой электроники: представьте себе телевизор с плоским экраном, который можно свернуть в рулон для удобной переноски, и имплантируемые медицинские приборы. В работе, сообщение о которой было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Science, золотая сетка была использована в растягиваемой подложке, изготовленной из полидиметилсилоксана (PDMS).

Подложка растягивается до нанесения на нее золотой наносетки (этот процесс известен как предварительное растяжение), при этом никаких следов разрушения материала при циклических растяжениях с увеличением растягивающего усилия более чем на 50% не наблюдалось.

Золотая наносетка не препятствует росту живых клеток, то есть является хорошим материалом для имплантируемых медицинских приборов.

Усталость материалов является общей проблемой для исследователей при разработке гибкого, прозрачного проводника. Как рассказал Цзыфенг Рен (Zhifeng Ren), физик из Университета Хьюстона, ведущий исследователь в техасском Центре сверхпроводимости, основной автор опубликованной статьи, использование литографии позволяет решить эту проблему. В ходе таких разработок были созданы разнообразные материалы, которые обладают хорошей электропроводностью, гибкостью и прозрачностью (все три свойства важны для гибкой электроники), но отличаются низкой износоустойчивостью, что делает их применение непрактичным.

В материаловедении термин «усталость» используется для описания структурных повреждений в материале, вызванных повторяющимся движением или давлением, известными как циклическое деформирование. Если повторить сгибание материала достаточное количество раз, он повреждается или ломается. Это означает, что долговечность материалов недостаточна для их применения в бытовой электронике или биомедицинских приборах.

Исследователи пишут, что материалы, относящиеся к металлам, часто имеют высокую циклическую усталость, которая становится их смертельной болезнью.

Ученые ослабили жесткость требований, предъявляемых к подложкам, сделав интерфейс между золотой сеткой и PDMS скользящим, ожидая, что золотая сетка станет сверхрастяжимой с высоким сопротивлением усталости. Отсутствие усталости в этом случае означает, что ни структура, ни сопротивление не изменяются или изменения после многих циклов испытаний на растяжение будут незначительными.

В различных практических применениях нагрузки не столь радикально велики, и многие материалы разрушаются при намного меньшем растяжении. Так что сочетание достаточно большого диапазона допустимых растяжений и способности не испытывать усталости в многотысячных циклах тестов является свидетельством того, что материал будет сохранять работоспособность в течение долгого времени.

Ученые использовали клетки фибробласта эмбриона мыши для оценки биосовместимости. По мнению исследователей, наличие биосовместимости в сочетании с тем, что растяжимая золотая наносетка на скользкой подложке подобна биоокружению (биопокрытию) живой ткани или поверхности органов, дает возможность предположить, что наносетка «может быть имплантирована в тело в качестве электрода сердечного ритмоводителя, для подсоединения к нервным окончаниям или к центральной нервной системе, к работающему сердцу и т. п.»

О том, как изготовить новый прозрачный и растяжимый электрический материал, включающий золотую наносетку, исследователи из лаборатории Рена сообщили в статье, опубликованной в январе 2014 года в журнале Nature Communications.

В настоящее время эксперименты продолжаются, и исследователи изготавливают разработанный ими материал различными способами, чтобы сохранить его способность противостоять усталости после многотысячных циклов испытаний на растяжение.