Sterke bindingen tussen metalen nanodraden en polymere nanovezels zorgen ervoor dat een composietfilm een ​​goede elektrische geleidbaarheid en hoge rekbaarheid realiseert

RIKEN-ingenieurs hebben een ademend materiaal gemaakt dat zowel zeer rekbaar is als een goede elektrische geleidbaarheid heeft, waardoor het veelbelovend is voor on-skin-elektronica voor mensen en bedrading voor robots.

Om geschikt te zijn voor gebruik als draagbare elektronica, een materiaal moet zowel rekbaar als geleidend zijn. Het moet ook ademend en duurzaam zijn. Het vinden van een materiaal dat aan alle vier de criteria voldoet, is niet eenvoudig. Een veelbelovende strategie is om elastische polymeer nanovezels te combineren met een netwerk van geleidende metalen nanodraden, maar het is een uitdaging om de twee componenten stevig aan elkaar te laten hechten.

Nutsvoorzieningen, Kenjiro Fukuda en Zhi Jiang van het RIKEN Thin-Film Device Laboratory en hun medewerkers zijn erin geslaagd een rekbaar en geleidend materiaal te produceren door polyurethaan nanovezels te combineren met zilveren nanodraden.

belangrijk, de twee componenten hechten sterk aan elkaar. "Er is een zeer goede hechting tussen de zilveren nanodraden en de polyurethaan nanovezels, " merkt Fukuda op. "Daarom hebben we tegelijkertijd een zeer goede rekbaarheid en geleidbaarheid bereikt." Het team vermoedt dat waterstofbruggen, dezelfde bindingen die pulpvezels bij elkaar houden in een vel papier, zijn verantwoordelijk voor deze goede hechting.

De film zou kunnen worden gebruikt als elektrische bedrading die op de huid kan worden gebruikt. Door zijn flexibiliteit kan het uitrekken wanneer een persoon zijn elleboog of knie buigt, en het kan worden uitgerekt tot drie keer de oorspronkelijke lengte. Op dezelfde manier, het kan ook worden gebruikt voor bedrading op robots. Een ander potentieel gebruik is als sensor. Omdat de geleidbaarheid verandert wanneer het wordt uitgerekt, het kan worden gebruikt om beweging te detecteren. Het team demonstreerde dit door hun film te gebruiken om de hoek van een gebogen pols te volgen en de pols van een persoon te detecteren.

Naast een goede rekbaarheid en geleidbaarheid heeft de folie nog andere voordelen. Toen de onderzoekers hun film testten door deze uit te rekken en los te laten 1, 000 keer, ze merkten op dat de geleidbaarheid slechts matig afnam, wat aangeeft dat het een goede duurzaamheid heeft. Verder, het is gemakkelijk te fabriceren. "Deze film kan worden verkregen door oplossingsprocessen, ", zegt Fukuda. "Dat is heel belangrijk voor de massaproductie van het industriële product."

Fukuda merkt op dat zijn team lijkt op het materiaal omdat het onderzoekers met verschillende expertisegebieden combineert. Jiang bracht zijn kennis van rekbare nanodraden naar het project, terwijl Fukuda en andere teamleden de fabricage van de polymeer nanomesh-structuren ondersteunden.

Het team wil de rekbaarheid van het materiaal verbeteren door langere zilveren nanodraden te gebruiken. Ze zijn ook van plan te experimenteren met andere combinaties van materialen en toepassingen van deze ademende geleiders in realtime gezondheidsbewakingssystemen en zachte robotica na te streven.