Супереластичен материал позволява печат на още по-гъвкави схеми за роботи и носима електроника

Японски учени са създали еластичен проводящ материал, който запазва високата си проводимост, дори когато бъде разтеглен до пет пъти оригиналната си дължина. Иновативният материал е в пастообразен вид и с него на печатен принцип могат да бъдат произвеждани широк набор от високоеластични електронни схеми, включително за електронен текстил, носими устройства, както и за външни покрития за роботи, наподобяващи свойствата на човешката кожа.

Екипът от Токийския университет е смесил четири компонента, за да постигне комбинация от висока електропроводимост и разтегливост: сребърни люспи с размери от порядъка на няколко микрометра, флуорен каучук, флуорсъдържащо повърхностно активно вещество и органичен разтворител, който да разтвори каучука. Новоразработеният материал надминава по еластичност създадения от същия екип проводник през 2015 г.

В неразтегнато състояние токопроводящите пътеки, произведени с новото еластично мастило, имат електропроводимост 4972 сименса на сантиметър. При разтягането им с 200 процента или до три пъти оригиналната дължина, проводимостта на пистите на електронната схема е 1070 S/cm, което надминава шест пъти показателите на предишния разработен от учените материал. Дори при петкратно разтегляне, новият материал демонстрира проводимост 935 S/cm – най-високата стойност досега, отчетена при такава деформация.

Тестове на материала със сканиращ електронен микроскоп и трансмисионен електронен микроскоп показват, че уникалните свойства на иновативния проводник се дължат на саморазпределянето на сребърните наночастици равномерно по целия обем на флуорния каучук в процеса на печат при нагряването на композитната паста. Учените споделят, че са открили този ефект напълно случайно. В последствие, чрез коригиране на променливи, като молекулното тегло на флуорния каучук, екипът е проучил как да контролира разпределението и броя на наночастиците, като наличието на повърхностно активно вещество и нагряване ускорява тяхното образуване и влияе върху техния размер.

За да тестват приложимостта на изобретението си, учените от Токийския университет произвеждат изцяло печатни и еластични сензори за налягане и температура, които могат да измерват малки сили и температура, близка до стайната и телесната. Сензорите са свързани с еластични токопроводящи схеми от новия материал, отпечатани върху текстил. Дори разтеглени над три пъти оригиналната си дължина, датчиците извършват напълно прецизни измервания. Тези тестове доказват, че иновативното мастило за печат на еластични електронни схеми е достатъчно здраво да издържи голямото натоварване на зони с висока гъвкавост като лактите и коленете на прилепналите по тялото "умни" спортни дрехи от електронен текстил, както и гъвкавите съединения на роботизираните рамена.

Новият материал е издръжлив и подходящ за методи за печат с голям капацитет, като печат на шаблони или ситопечат, които могат да покрият големи повърхности. Свойствата му да формира сребърни наночастици при нагряване осигуряват икономична алтернатива за производството на широк набор от гъвкави електронни схеми за роботи, носима и огъваема електроника. Понастоящем екипът тества заместители на сребърните люспи, с които допълнително да занижи производствените разходи, и изпробва различни полимери (нефлуорсъдържащи каучуци) и комбинации от материали, за да постигне подобна еластичност в съчетание с висока електропроводимост и при други сходни еластични токопроводими материали.

Снимка: Токийски университет