Onderzoekers van de North Carolina State University hebben rekbare, transparante geleiders die werken vanwege het "nano-accordeon" ontwerp van de structuren. De geleiders kunnen worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, zoals flexibele elektronica, rekbare displays of draagbare sensoren.

"Er zijn geen geleidende, transparante en rekbare materialen in de natuur, dus we moesten er een maken, " zegt Abhijeet Bagal, een doctoraat student werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek bij NC State en hoofdauteur van een paper waarin het werk wordt beschreven.

"Onze techniek maakt gebruik van geometrie om brosse materialen uit te rekken, die is geïnspireerd op bronnen die we in het dagelijks leven zien, "zegt Bagal. "Het enige dat anders is, is dat we het veel kleiner hebben gemaakt."

De onderzoekers beginnen met het maken van een driedimensionaal polymeersjabloon op een siliciumsubstraat. De sjabloon heeft de vorm van een reeks identieke, gelijkmatig verdeelde rechthoeken. De sjabloon is bedekt met een laag aluminium gedoteerd zinkoxide, dat is het geleidende materiaal, en een elastisch polymeer wordt op het zinkoxide aangebracht. De onderzoekers draaien het geheel om en verwijderen het silicium en de sjabloon.

Wat overblijft is een reeks symmetrische, zinkoxide ribbels op een elastische ondergrond. Omdat zowel zinkoxide als het polymeer helder zijn, de structuur is transparant. En het is rekbaar omdat de ribbels van zinkoxide de structuur laten uitzetten en krimpen, als de blaasbalg van een accordeon.

"We kunnen ook de dikte van de zinkoxidelaag controleren, en hebben uitgebreide tests gedaan met lagen variërend van 30 tot 70 nanometer dik, " zegt Erin Dandley, een doctoraat student in chemische en biomoleculaire engineering aan NC State en co-auteur van het papier. "Dit is belangrijk omdat de dikte van het zinkoxide de optische, elektrische en mechanische eigenschappen."

De 3D-sjablonen die in het proces worden gebruikt, zijn nauwkeurig ontworpen, met behulp van nanolithografie, omdat de afmetingen van elke richel rechtstreeks van invloed zijn op de rekbaarheid van de structuur. Hoe groter elke richel is, hoe rekbaarder de structuur. Dit komt omdat de structuur zich uitrekt doordat de twee zijden van een richel aan de basis van elkaar afbuigen - zoals iemand die een splitsing maakt.

De structuur kan herhaaldelijk worden uitgerekt zonder te breken. En hoewel er enig geleidingsverlies is wanneer de nano-accordeon voor het eerst wordt uitgerekt, extra uitrekken heeft geen invloed op de geleidbaarheid.

"Het meest interessante voor ons is dat deze benadering techniek combineert met een vleugje oppervlaktechemie om de geometrie van de nano-accordeon nauwkeurig te regelen, samenstelling en, uiteindelijk, zijn algemene materiaaleigenschappen, " zegt Chih-Hao Chang, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State en corresponderende auteur van het papier. "We werken nu aan manieren om de geleidbaarheid van de nano-accordeonstructuren te verbeteren. En op een gegeven moment willen we een manier vinden om het proces op te schalen."

De onderzoekers experimenteren ook met de techniek met behulp van andere geleidende materialen om hun bruikbaarheid te bepalen bij het creëren van niet-transparante, elastische geleiders.

De krant, "Multifunctionele nano-accordeonstructuren voor rekbare transparante geleiders, " wordt online gepubliceerd in het tijdschrift Materialen Horizons .