Это важный шаг в создании нового поколения складной электроники – представьте телевизор с плоским экраном, который можно свернуть для удобства переноски – и имплантируемых медицинских устройств. В работе, опубликованной в понедельник в Proceedings of the National Academy of Sciences, золотые наномешки соединены с растягивающейся подложкой, изготовленной из полидиметилсилоксана или PDMS.
Подложка растягивается перед тем, как на нее помещается золотой наноразмер – процесс, известный как «предварительное растяжение», и материал не проявлял признаков усталости при циклическом растяжении до деформации более 50 процентов.
Золотой наномешок также оказался способствующим росту клеток, что указывает на то, что он является хорошим материалом для имплантируемых медицинских устройств.
Усталость – обычная проблема для исследователей, пытающихся разработать гибкий прозрачный проводник, из-за чего многие материалы с хорошей электропроводностью, гибкостью и прозрачностью – все три необходимы для складной электроники – изнашиваются слишком быстро, чтобы быть практичным, сказал Чжифэн Рен. , физик из Хьюстонского университета и главный исследователь Техасского центра сверхпроводимости, который был ведущим автором статьи.
По его словам, новый материал, полученный с помощью литографии по границам зерен, решает эту проблему.
В дополнение к Рену, другие исследователи проекта включали Чуан Фей Го и Чинг-Ву «Пол» Чу, оба из UH; Чжиган Суо, Цихан Лю и Йеченг Ван, все из Гарвардского университета, а также Гохуэй Ван и Чжэнчжэн Ши, оба из Хьюстонского методистского исследовательского института.
В материаловедении термин «усталость» используется для описания структурного повреждения материала, вызванного повторяющимся движением или давлением, известного как «циклическое изменение деформации»."Согните материал достаточно раз, и он повредится или сломается.
Это означает, что материалы недостаточно прочные для бытовой электроники или биомедицинских устройств.
«Металлические материалы часто демонстрируют высокую циклическую усталость, и усталость была смертельной болезнью для металлов», – пишут исследователи.
«Мы ослабляем ограничение подложки, делая поверхность раздела между наночастицей Au (золота) и PDMS скользкой, и ожидаем, что наносетка Au обеспечит сверхрастяжимость и высокое сопротивление усталости», – написали они в статье. "Отсутствие усталости здесь означает, что и структура, и сопротивление не изменяются или мало изменяются после многих циклов деформации."
В результате, по их словам, «наношум золота не проявляет усталости от деформации, когда он растягивается на 50 процентов в течение 10 000 циклов."
Для многих применений требуется менее резкое растяжение – и многие материалы ломаются с гораздо меньшим растяжением – поэтому сочетание достаточно большого диапазона для растяжения и способности избегать усталости в течение тысяч циклов указывает на материал, который будет оставаться продуктивным в течение длительного периода. времени, сказал Рен.
Литография границ зерен включала процесс двухслойной металлизации с отрывом, который включал маскирующий слой из оксида индия и жертвенный слой оксида кремния и обеспечивает хороший контроль над размерами сетчатой структуры.
Исследователи использовали эмбриональные фибробластные клетки мыши для определения биосовместимости; что, наряду с тем фактом, что растяжимость золотого наномеша на скользкой подложке напоминает биоокружение тканей или поверхностей органов, предполагает, что наномешок «может быть имплантирован в тело в качестве электрода кардиостимулятора, соединения с нервными окончаниями или центральной нервной системой. , бьющееся сердце и так далее », – писали они.
Лаборатория Рена сообщила о механике создания нового прозрачного и растяжимого электрического материала с использованием золотого наномеша в статье, опубликованной в Nature Communications в январе 2014 года.
Эта работа расширяет это, производя материал другим способом, чтобы позволить ему оставаться без усталости в течение тысяч циклов.