Met zijn hoge elektrische geleidbaarheid en optische transparantie, indiumtinoxide is een van de meest gebruikte materialen voor touchscreens, plasmaschermen, en flexibele elektronica. Maar de snel stijgende prijs heeft de elektronica-industrie gedwongen naar andere alternatieven te zoeken.

Een potentieel en kosteneffectiever alternatief is een film gemaakt met zilveren nanodraden - draden die zo extreem dun zijn dat ze eendimensionaal zijn - ingebed in flexibele polymeren. Zoals indiumtinoxide, dit materiaal is transparant en geleidend. Maar de ontwikkeling is tot stilstand gekomen omdat wetenschappers geen fundamenteel begrip hebben van de mechanische eigenschappen ervan.

Nu Horacio Espinosa, de James N. en Nancy J. Farley Professor in Manufacturing and Entrepreneurship aan de McCormick School of Engineering van de Northwestern University, heeft geleid tot onderzoek dat het begrip van het gedrag van zilveren nanodraden in de elektronica vergroot.

Espinosa en zijn team onderzochten de cyclische belasting van het materiaal, wat een belangrijk onderdeel is van vermoeiingsanalyse omdat het laat zien hoe het materiaal reageert op fluctuerende belastingen.

"Cyclische belasting is een belangrijk materiaalgedrag dat moet worden onderzocht om de mogelijke toepassingen van het gebruik van zilveren nanodraden in elektronica te realiseren, Espinosa zei. "Kennis van dergelijk gedrag stelt ontwerpers in staat te begrijpen hoe deze geleidende films falen en hoe ze hun duurzaamheid kunnen verbeteren."

Door de spanning op zilveren nanodraden dunner dan 120 nanometer te variëren en hun vervorming te volgen met elektronenmicroscopie, het onderzoeksteam karakteriseerde het cyclische mechanische gedrag. Ze ontdekten dat permanente vervorming gedeeltelijk herstelbaar was in de bestudeerde nanodraden, wat betekent dat sommige defecten van het materiaal zichzelf herstelden en verdwenen bij cyclische belasting. Deze resultaten geven aan dat zilveren nanodraden mogelijk gedurende lange tijd sterke cyclische belastingen kunnen weerstaan, wat een belangrijk kenmerk is dat nodig is voor flexibele elektronica.

"Deze zilveren nanodraden vertonen mechanische eigenschappen die vrij onverwacht zijn, Espinosa zei. "We moesten nieuwe experimentele technieken ontwikkelen om deze nieuwe materiële eigenschap te kunnen meten."

De bevindingen stonden onlangs op de omslag van het tijdschrift Nano-letters . Andere Noordwest-coauteurs op het papier zijn Rodrigo Bernal, een pas afgestudeerde promovendus in het lab van Espinosa, en Jiaxing Huang, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek in McCormick.

"De volgende stap is om te begrijpen hoe dit herstel het gedrag van deze materialen beïnvloedt wanneer ze miljoenen keren worden gebogen, " zei Bernal, eerste auteur van het artikel.