Probeer je iPhone doormidden te buigen. Of rol je tablet op als een scroll. Of wikkel een touchscreen-tv om een ​​paal. Ging niet zo goed, deed het? Dat komt omdat het keramische materiaal dat wordt gebruikt om veel van de hedendaagse touchscreens te maken slechts twee van de drie benodigde eigenschappen heeft:het is geleidend, het is transparant, maar het is niet flexibel.

"Het is broos en dus als je het buigt, het breekt, " zegt Frederic Sansoz, wetenschapper van de Universiteit van Vermont, hoogleraar werktuigbouwkunde.

Maar Sansoz en een team van andere wetenschappers hebben een ontdekking gedaan die daar verandering in kan brengen. Ze werkten met zilver op een verdwijnend kleine schaal - nanodraden van slechts een paar honderd atomen dik - en ontdekten dat ze draden konden maken die zowel supersterk als rekbaar waren als kauwgom, " hij zegt.

Dit soort zilverdraad kan worden gevormd tot een gaas dat stroom geleidt, laat licht door - en buigt zo gemakkelijk "je zou je smartphone in een knoop kunnen knopen, " hij zegt.

Of, zoals ze in hun studeerkamer schrijven, "we rapporteren ongebruikelijke super-elongatie bij kamertemperatuur zonder verzachting in kubieke zilveren nanokristallen in het gezicht gecentreerd."

De resultaten van het team zijn gepubliceerd in het aprilnummer van het tijdschrift Natuurmaterialen .

Klein is sterker

UVM's Sansoz, zijn medewerker Scott Mao aan de Universiteit van Pittsburgh, en hun collega's hebben baanbrekend onderzoek gedaan naar de transformatie van zachte metalen, inclusief goud, tot supersterke draden op nanoschaal. Het maakt deel uit van een groeiend onderzoeksgebied dat aantoont dat naarmate materialen steeds kleiner worden ontworpen, het mogelijk is om veel defecten op atomaire schaal te elimineren. "En dit maakt ze veel sterker, " hij zegt, "over het algemeen, kleiner is sterker."

Maar er is een probleem. "Als je ze sterker maakt, ze worden broos. Het is kauwgom versus vensterglas, ' zegt Sansoz.

Daarom was hij erg verrast door wat het team ontdekte over zilver.

Omdat draden van zilver steeds kleiner worden, tot ongeveer 40 nanometer, ze volgen de verwachte trend:ze worden relatief sterker en brozer. Maar eerder onderzoek door andere wetenschappers had aangetoond dat zilver bij een nog extremere kleinheid - onder de 10 nanometer - iets raars doet. "Het gedraagt ​​zich als een Jello-gelatinedessert, Sansoz zegt. "Het wordt heel zacht als het wordt samengedrukt, heeft weinig kracht, en keert langzaam terug naar zijn oorspronkelijke vorm."

Materiaalwetenschappers veronderstellen dat dit gebeurt omdat de kristallen van zilver zo klein zijn dat de meeste van hun atomen zich aan de oppervlakte bevinden, met zeer weinig inwendige atomen. Dit maakt diffusie van individuele atomen vanaf het oppervlak mogelijk om het gedrag van het metaal te domineren in plaats van het kraken en wegglijden van georganiseerde roosters van atomen binnenin. Dit veroorzaakt deze kleinste, maar solide, zilverkristallen om zelfs bij kamertemperatuur vloeibaar gedrag te vertonen.

"Dus onze vraag was:wat gebeurt er in de kloof tussen 10 nanometer en 40 nanometer?" zegt Sansoz. "Dit is de eerste studie die naar dit bereik van diameters van nanodraden kijkt."

Let op de kloof

Wat het team van wetenschappers in de kloof ontdekte - met behulp van zowel een elektronenmicroscoop als atomistische modellen op een supercomputer - is dat "de twee mechanismen tegelijkertijd naast elkaar bestaan, "zegt Sansoz. Dit geeft zilveren draden in die weinig onderzochte zone zowel de kracht van het "kleiner-is-sterker"-principe als de vloeistofachtige gekheid van hun kleinere neven. Met deze Goudlokje-achtige grootte, wanneer zich defecten vormen aan het oppervlak van de draad terwijl deze uit elkaar wordt getrokken, "dan komt diffusie binnen en geneest het defect, "zegt Sansoz. "Dus het rekt en rekt en rekt zich uit - tot tweehonderd procent langer."

Er is sinds 2010 opmerkelijke vooruitgang geboekt bij het toepassen van zilveren nanodraden in elektronica, Sansoz zegt, inclusief geleidende elektroden voor touchscreen displays. En sommige bedrijven werken er hard aan om deze draden toe te passen voor het maken van kosteneffectieve flexibele schermen. "Maar, direct, ze produceren volledig in het donker, "zegt Sansoz. "Ze weten niet welke maat draad het beste is." Zijn nieuwe ontdekking zou scheikundigen en industriële ingenieurs een doelmaat moeten geven voor het maken van zilveren draden die zouden kunnen leiden tot de eerste opvouwbare telefoons.