Jeden krok bližšie k nositeľnej flexibilnej elektronike

Escape the Mark (Apríl 2019).

Anonim

Jeden krok bližšie k nositeľnej flexibilnej elektronike


Výskumný tím v štáte Penn State vedený profesorom Qingom Wangom vyvinul prvý dielektrikum, ktorý môže obnoviť viac funkcií po viacnásobných prestávkach

Flexibilná elektronika je termín vyvinutý pre technológie, ktoré sú zostavené vrstvením elektronických súčiastok na pružných plastoch, ako je Polyether éterketón. Každý, kto sa ohýbal okolo drôtu, si pravdepodobne uvedomil ten istý problém, aký majú všetky elektronické komponenty. Čím viac ohýbate a ohybte drôt, tým pravdepodobnejšie, že drôt nebude fungovať.

V posledných rokoch narastá záujem o samoliečivé elektricky vodivé materiály, konkrétne tie, ktoré sa môžu opraviť po prežívaní spôsobov deformity a konvolucie. Až doteraz sa hlavným zameraním vývoja flexibilnej elektroniky zameriavalo na samoopravné elektrické vodiče, pretože mali tendenciu byť primárnym faktorom pri umožnení fungovania flexibilných obvodov.

Zatiaľ čo tento prístup bol nový, výskumný tím z Penn State sa rozhodol presunúť zameranie postupujúcej flexibilnej technológie na dielektrikum. Terminológia dielektrika zvyčajne označuje materiál s vysokou polarizovateľnosťou, ale v niektorých ohľadoch môže byť chápaný ako synonymum izolátora, pretože môže účinne fungovať ako jeden. Výskumný tím je presvedčený, že rozvoj elektronickej opravy by mal súčasne zahŕňať dirigentov a dielektrikárov.

"Je správne, že požadujeme vodivé prvky vo všetkých typoch obvodov, ale fakt nemožno ignorovať, že tiež potrebujeme ochranu a izoláciu pre mikroelektroniku." -Profesor Qing Wang z Penn State.

Vedci a výskumní pracovníci už vytvorili materiály, ktoré by sa samy vyliečili prirodzene; obnovenie niekoľkých funkcií s malou až žiadnou vonkajšou silou pôsobiacou na ne. Problémom však bola schopnosť obnoviť všetky funkcie materiálu, či ide o dielektrikum, vodič alebo inú zložku flexibilného obvodu. Tieto materiály musia byť schopné obnoviť všetky funkcie po prerušení alebo deformácii, aby mohli správne fungovať. Vezmite napríklad vlastnosti dielektrika, prepäťovú ochranu, dynamiku tepelnej vodivosti, napäťové kapacity, stratové faktory, odpor a rôzne ďalšie, ktoré typicky definujú parametre kondenzátorov. Ak jedna z týchto vlastností nebola úplne obnovená, napríklad tepelná vodivosť; zariadenie by mohlo byť ohrozené prehriatím, čo by mohlo poškodiť podstatnú zložku.

Pružný izolátor. S láskavým dovolením Penn State

Zameranie výskumného tímu bolo založené na použití nitridu bóru (BN). Zlúčenina je tepelne a chemicky odolná a existuje v rôznych stabilných formách, ktoré sa môžu potenciálne použiť v nanotechnológiách. Výskum publikovaný vo vestníku Advanced Functional Materials opisuje, ako výskumný tím používal supramolekulárny prístup, aby vyvinul silný polymér Nano-kompozit, ktorý bol posilnený atómovo tenkými vrstvami nitridu bóru. Listy BN sú navzájom prepojené použitím skupín vodíkových väzieb, ktoré boli funkcionalizované na vonkajšie vrstvy.

Z toho, čo robí tento materiál zaujímavý, je to, ako sa sám opravuje pri rezaní alebo deformácii a keď sú kusy umiestnené v tesnej blízkosti, je na oboch koncoch súčasne vytvorená elektrostatická sila. Tým sa dajú kúsky späť dohromady. Vodíková väzba sa potom obnoví, v tomto bode sa materiál považuje za "samoliečený". Množstvo tepla alebo tlaku, ktoré je potrebné na spôsobenie tohto procesu, je určené pomerom dosiek nitridu bóru k polyméru, čím menej plechov, tým ľahšie sa stáva, aby sa materiál opravil sám. Niektoré štruktúry BN sú schopné dokončiť proces hojenia pri izbovej teplote bez použitia akejkoľvek inej vonkajšej sily. Materiál sa mohol obnoviť bez významných zmien v charakteristikách, čo poskytuje veľký potenciál pre zlúčeninu nitridu bóru. To je tiež prvýkrát, čo samolepiaci materiál dokázal obnoviť početné vlastnosti po niekoľkých prestávkach, tvrdí vedúci výskumník Qing Wang. V nižšie uvedenom videu môžete sledovať flexibilný izolátor.