Onderzoekers hebben een nieuwe rekbare, transparante geleider die kan worden opgevouwen of uitgerekt en losgelaten, resulterend in een grote kromming of een aanzienlijke spanning, minstens 10, 000 keer zonder tekenen van vermoeidheid te vertonen.

Dit is een cruciale stap in het creëren van een nieuwe generatie opvouwbare elektronica - denk aan een flatscreentelevisie die kan worden opgerold voor gemakkelijke draagbaarheid - en implanteerbare medische apparaten. Het werk, gepubliceerd maandag in de Proceedings van de National Academy of Sciences , combineert gouden nanomesh met een rekbaar substraat gemaakt met polydimethylsiloxaan, of PDMS.

Het substraat wordt uitgerekt voordat het gouden nanomesh erop wordt geplaatst - een proces dat bekend staat als "prestretching" - en het materiaal vertoonde geen tekenen van vermoeidheid wanneer het cyclisch werd uitgerekt tot een spanning van meer dan 50 procent.

Het gouden nanomesh bleek ook bevorderlijk voor celgroei, wat aangeeft dat het een goed materiaal is voor implanteerbare medische hulpmiddelen.

Vermoeidheid is een veelvoorkomend probleem voor onderzoekers die een flexibele, transparante geleider, het maken van veel materialen met een goede elektrische geleidbaarheid, flexibiliteit en transparantie - alle drie zijn nodig voor opvouwbare elektronica - slijten te snel om praktisch te zijn, zei Zhifeng Ren, een natuurkundige aan de Universiteit van Houston en hoofdonderzoeker van het Texas Center for Superconductivity, wie was de hoofdauteur van het artikel.

Het nieuwe materiaal, geproduceerd door korrelgrenslithografie, lost dat probleem op, hij zei.

Naast Rens, andere onderzoekers van het project waren Chuan Fei Guo en Ching-Wu "Paul" Chu, beide van UH; Zhigang Suo, Qihan Liu en Yecheng Wang, allemaal van de Harvard-universiteit, en Guohui Wang en Zhengzheng Shi, beide van het Houston Methodist Research Institute.

In de materiaalkunde, "vermoeidheid" wordt gebruikt om de structurele schade aan een materiaal te beschrijven die wordt veroorzaakt door herhaalde beweging of druk, bekend als "strain cycling." Buig een materiaal vaak genoeg, en het raakt beschadigd of breekt. Dat betekent dat de materialen niet duurzaam genoeg zijn voor consumentenelektronica of biomedische apparaten.

"Metalen materialen vertonen vaak hoge cyclusmoeheid, en vermoeidheid is een dodelijke ziekte voor metalen, ’ schreven de onderzoekers.

"We verzwakken de beperking van het substraat door de interface tussen de Au (goud) nanomesh en PDMS glad te maken, en verwacht dat de Au nanomesh superrekbaarheid en hoge vermoeidheidsweerstand bereikt, schreven ze in de krant. "Vrij van vermoeidheid betekent hier dat zowel de structuur als de weerstand niet of weinig veranderen na vele belastingcycli."

Als resultaat, zij meldden, "de Au nanomesh vertoont geen spanningsmoeheid wanneer het gedurende 10 tot 50 procent wordt uitgerekt, 000 cycli."

Veel toepassingen vereisen een minder dramatische rek - en veel materialen breken met veel minder rekken - dus de combinatie van een voldoende groot bereik voor rekken en het vermogen om vermoeidheid gedurende duizenden cycli te voorkomen, duidt op een materiaal dat gedurende een lange periode productief zou blijven , zei Ren.

De korrelgrenslithografie omvatte een tweelagig lift-off metallisatieproces, die een indiumoxide-maskerlaag en een siliciumoxide-opofferingslaag omvatte en goede controle biedt over de afmetingen van de maasstructuur.

De onderzoekers gebruikten embryonale fibroblastcellen van muizen om de biocompatibiliteit te bepalen; Dat, samen met het feit dat de rekbaarheid van gouden nanomesh op een glad substraat lijkt op de bio-omgeving van weefsel- of orgaanoppervlakken, suggereren dat de nanomesh "in het lichaam kan worden geïmplanteerd als een pacemakerelektrode, een verbinding met zenuwuiteinden of het centrale zenuwstelsel, een kloppend hart, enzovoort, " Zij schreven.

Ren's lab rapporteerde de mechanica van het maken van een nieuw transparant en rekbaar elektrisch materiaal, met behulp van gouden nanomesh, in een paper gepubliceerd in Natuurcommunicatie in januari 2014.

Dit werk bouwt daarop voort, door het materiaal op een andere manier te produceren, zodat het duizenden cycli lang niet vermoeid blijft.