Kahden konstin metallinen keinoiho

Esineiden internetin (IoT) ja puettavan bioelektroniikan aikakauden sarastaessa ihmisen aistitoimintoja jäljittelevien elektronisten ihojen kysyntä on suurempi kuin koskaan. Vaikka metallikalvot ovat ihanteellisia ehdokkaita joustaviksi johtimiksi niillä on olematon luontainen venyvyys.

Tsinghuan yliopiston ja Hongkongin polyteknisen yliopiston yhteistyöryhmän Nano-Micro Letters -lehdessä julkaisema uraauurtava tutkimus esittelee paradigman muutoksen.

Siirtymällä "halkeamien tukahduttamisesta" "halkeamien manipulointiin" tutkijat ovat kehittäneet lehtien inspiroiman strategian erittäin venyvien metallikalvojen luomiseksi, jotka kestävät yli 300 %:n muodonmuutoksia.

Vuosikymmenten ajan kalvon halkeilua venytyksen alaisena pidettiin yleisesti vikaantumisilmiönä, joka tulisi estää monimutkaisilla suunnitteluratkaisuilla, kuten rypistymisellä tai serpentiinirakenteilla. Nyt tutkijat ehdottavat, että halkeilua voidaan sen sijaan käyttää tehokkaana suunnitteluparametrina sähkömekaanisten ominaisuuksien räätälöintiin tarpeen mukaan.

Kasvien lehtien hierarkkisesta arkkitehtuurista inspiroituneena – jossa makroskooppiset suonet jakavat kuormia uudelleen ja mikroskooppiset ilmaraot vapauttavat paikallista stressiä – tiimi kehitti kaksitasoisen arkkitehtuurin:

Työssään tutkijat loivatkin kasvin lehtirakenteesta inspiroituneen hierarkkisen suunnittelun, joka mahdollisti mikro- ja nanotasoisten kuormanjaon ja rasituksen manipuloinnin ja saavutti jopa 325 %:n venyvyyden omaavien metallikalvojohtimien välillä.

Hienosäätämällä tämän hierarkkisen järjestelmän rakenneparametreja voidaan metallikalvoihin indusoida vähitellen kehittyviä halkeamakuvioita, mikä edistää venyvyyden 25-kertaista säätelyä (12 %:sta 325 %:iin).

Tämä monipuolinen strategia muuntaa yleisiä metallikalvoja, kuten Ag, Cu, Pd ja Ag-Cu-seokset, erittäin venyviksi johtimiksi, jotka soveltuvat käytettäväksi laaja-alaisina voima-antureina tai venymäherkkinä joustavina elektrodeina.

Näitä etuja hyödyntäen tutkijat rakensivat jopa tekoälyllä toimivan, metallikalvoon perustuvan elektronisen ihon, jolla oli erinomainen käytännöllisyys erilaisissa joustavissa skenaarioissa.

Aiheesta aiemmin:

Ihomainen monitoimianturi vaikka kehon sisään

3D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö