Buig ze, rek ze uit, draai ze, vouw ze:moderne materialen die licht zijn, flexibel en zeer geleidend hebben een buitengewoon technologisch potentieel, hetzij als kunstmatige huid of elektronisch papier.

Het blijft een uitdaging om dergelijke concepten betaalbaar genoeg te maken voor algemeen gebruik, maar een nieuwe manier van werken met koperen nanodraden en een PVA-"nanolijm" zou een game-changer kunnen zijn.

Eerder succes op het gebied van ultralichtgewicht "aerogel-monolieten" was grotendeels afhankelijk van het gebruik van kostbare gouden en zilveren nanodraden.

Door in plaats daarvan naar koper te gaan, zowel overvloedig als goedkoop, onderzoekers van Monash University en het Melbourne Centre for Nanofabrication hebben een manier ontwikkeld om flexibele geleiders kosteneffectief genoeg te maken voor commerciële toepassing.

"Aerogel-monolieten zijn als keukensponzen, maar die van ons zijn gemaakt van ultrafijne koperen nanodraden, met behulp van een fabricageproces genaamd vriesdrogen, " zei hoofdonderzoeker Associate Professor Wenlong Cheng, van de afdeling Chemische Technologie van de Monash University.

"De koperen aerogelmonolieten zijn geleidend en kunnen verder worden ingebed in polymere elastomeren - extreem flexibel, rekbare materialen - om geleidende rubbers te verkrijgen."

Ondanks zijn geleidbaarheid, de neiging van koper tot oxidatie en de slechte mechanische stabiliteit van koperen nanodraad-aerogelmonolieten betekenen dat het potentieel ervan grotendeels onontgonnen is.

De onderzoekers ontdekten dat het toevoegen van een sporenhoeveelheid poly(vinylalcohol) (PVA) aan hun aerogels hun mechanische sterkte en robuustheid aanzienlijk verbeterde zonder hun geleidbaarheid aan te tasten.

Bovendien, zodra de PVA was opgenomen, de aerogels kunnen worden gebruikt om elektrisch geleidende rubbermaterialen te maken zonder dat er voorbedrading nodig is. Het opnieuw vormgeven was ook eenvoudig.

"De geleidende rubbers kunnen in willekeurige 1D worden gevormd, 2D- en 3D-vormen door simpelweg te knippen, met behoud van de geleidbaarheid, ' zei universitair hoofddocent Cheng.

De veelzijdigheid strekt zich uit tot de mate van geleidbaarheid. "De geleidbaarheid kan eenvoudig worden afgesteld door de belasting van koperen nanodraden aan te passen, " zei hij. "Een lage belasting van nanodraden zou geschikt zijn voor een druksensor, terwijl een hoge belasting geschikt is voor een rekbare geleider."

Betaalbare versies van deze materialen openen het potentieel voor gebruik in een reeks nieuwe generatie concepten:van prothesehuid tot elektronisch papier, voor implanteerbare medische hulpmiddelen, en voor flexibele displays en touchscreens.

Ze kunnen worden gebruikt in rubberachtige elektronische apparaten die, in tegenstelling tot papierachtige elektronische apparaten, kan zowel strekken als buigen. Ze kunnen ook worden bevestigd aan topologisch complexe gebogen oppervlakken, dienen als echte huidachtige detectieapparaten, Universitair hoofddocent Cheng zei.

In hun rapport, onlangs gepubliceerd in ACS Nano , de onderzoekers merkten op dat apparaten die hun op koper gebaseerde aerogels gebruiken niet zo gevoelig waren als die met gouden nanodraden, maar had vele andere voordelen, met name hun goedkope materialen, eenvoudigere en meer betaalbare verwerking, en grote veelzijdigheid.