Onderzoekers van de North Carolina State University hebben hooggeleidende en elastische geleiders ontwikkeld die zijn gemaakt van zilveren draden op nanoschaal (nanodraden). Deze elastische geleiders zouden kunnen worden gebruikt om rekbare elektronische apparaten te ontwikkelen.

Rekbare circuits zouden veel dingen kunnen doen die zijn rigide tegenhanger niet kan. Bijvoorbeeld, een elektronische "huid" kan robots helpen delicate voorwerpen op te pakken zonder ze te breken, en rekbare displays en antennes kunnen ervoor zorgen dat mobiele telefoons en andere elektronische apparaten uitrekken en comprimeren zonder hun prestaties te beïnvloeden. Echter, de eerste stap om dergelijke toepassingen mogelijk te maken, is het produceren van geleiders die elastisch zijn en in staat zijn om effectief en betrouwbaar elektrische signalen te verzenden, ongeacht of ze vervormd zijn.

Dr. Yong Zhu, een assistent-professor werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek bij NC State, en Feng Xu, een doctoraat student in het lab van Zhu hebben dergelijke elastische geleiders ontwikkeld met behulp van zilveren nanodraden.

Zilver heeft een zeer hoge elektrische geleidbaarheid, wat betekent dat het elektriciteit efficiënt kan overbrengen. En de nieuwe techniek die bij NC State is ontwikkeld, integreert zeer geleidende zilveren nanodraden in een polymeer dat bestand is tegen aanzienlijk uitrekken zonder de geleidbaarheid van het materiaal nadelig te beïnvloeden. Dit maakt het aantrekkelijk als onderdeel voor gebruik in rekbare elektronische apparaten.

"Deze ontwikkeling is erg spannend omdat het onmiddellijk kan worden toegepast op een breed scala aan toepassingen, "Zei Zhu. "Bovendien, ons werk richt zich op een hoge en stabiele geleidbaarheid onder een grote mate van vervorming, complementair aan de meeste andere werken met zilveren nanodraden die meer gericht zijn op flexibiliteit en transparantie."

"De fabricagebenadering is heel eenvoudig, ", zegt Xu. Zilveren nanodraden worden op een siliciumplaat geplaatst. Een vloeibaar polymeer wordt over het siliciumsubstraat gegoten. Het polymeer wordt vervolgens blootgesteld aan hoge hitte, die het polymeer van een vloeistof in een elastische vaste stof verandert. Omdat het polymeer in vloeibare vorm rond de zilveren nanodraden vloeit, de nanodraden worden gevangen in het polymeer wanneer het vast wordt. Het polymeer kan dan van de siliconenplaat worden afgepeld.

"Ook zilveren nanodraden kunnen worden bedrukt om rekbare geleiders met patronen te fabriceren, " zegt Xu. Het feit dat het gemakkelijk is om patronen te maken met behulp van de zilveren nanodraadgeleiders, zou het gebruik van de techniek in de productie van elektronica moeten vergemakkelijken.

Wanneer het in nanodraad ingebedde polymeer wordt uitgerekt en ontspannen, het oppervlak van het polymeer met nanodraden gespen. Het eindresultaat is dat het composiet plat is aan de kant die geen nanodraden bevat, maar golvend aan de kant die zilveren nanodraden bevat.

Nadat het in nanodraad ingebedde oppervlak is geknikt, het materiaal kan tot 50 procent van zijn rek worden uitgerekt, of trekspanning, zonder de geleidbaarheid van de zilveren nanodraden te beïnvloeden. Dit komt omdat de geknikte vorm van het materiaal ervoor zorgt dat de nanodraden in een vaste positie ten opzichte van elkaar blijven, zelfs als het polymeer wordt uitgerekt.

"Naast een hoge geleidbaarheid en een groot stabiel spanningsbereik, de nieuwe rekbare geleiders vertonen een uitstekende robuustheid onder herhaalde mechanische belasting, ", zegt Zhu. Andere gerapporteerde rekbare geleidende materialen worden meestal op substraten afgezet en kunnen delamineren bij herhaald mechanisch uitrekken of wrijven van het oppervlak.