Upprepad böjning orsakar irreparabel skada på flexibla ledare i form av mikroskopiska sprickor. Att utveckla kostnadseffektiva sätt att ta itu med denna fråga är en förutsättning innan flexibla elektroniska enheter hittar in i våra liv. Kredit:DGIST
Utsikten till den utbredda kommersialiseringen och tillämpningen av flexibel elektronik har fått forskare över hela världen att leta efter geniala sätt att förbättra deras prestanda och hållbarhet. Från bärbara smarta enheter till solceller och hälsosensorer, flexibel elektronik lovar mycket inom teknik. Tyvärr, flexibla enheter är vanligtvis lika ömtåliga som de ser ut; mekaniska deformationer såsom böjning kan inducera bildandet och fortplantningen av mikroskopiska sprickor som i slutändan gör att enheterna misslyckas.
I en nyligen genomförd studie, en forskargrupp ledd av professor Jae Eun Jang från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology hittade en metod för att avsevärt förbättra hållbarheten hos tunnfilmsflexibla elektroder och transistorer, nyckelkomponenter inom elektronik. Metoden är enkel:ta en vanlig flexibel ledande film och fyll den med mikrometerstora hål i ett sicksackmönster.
Forskarna hämtade faktiskt inspiration från civilingenjör, som prof. Jang förklarar. "Vi råkade gå förbi en byggarbetsplats när vi såg stålplåtar med hål, används ofta i konstruktion. Vi visste att dessa stålplåtar med hål används för att minska stress. Vi tänkte att denna metod också kunde vara en lösning i mikrometervärlden och, baserat på denna idé, vi började utföra experiment." Inom mekaniken, ordet "stress" syftar på de krafter som partiklarna i ett material utövar på varandra. Yttre krafter ökar spänningen hos ett material och kan inducera sprickbildning.
I vanliga tunnfilmsflexibla ledare, sprickor bildas på slumpmässiga ställen när de böjs. Dock, om den flexibla ledaren bär uppsättningen av mikrometerstora hål, spänningsfördelningen av materialet ändras så att sprickor bara bildas på specifika punkter nära hålkanterna och fortplantar sig över en kort sträcka. Detta, som bevisats genom simuleringar och experiment, tillät deras flexibla metallelektroder att uthärda tusentals böjningsrörelser. Professor Jang säger:"Våra enheter kunde bibehålla konduktivitet upp till 300, 000 böjningscykler, vilket innebär att de kan böjas över 80 gånger om dagen i 10 år." Dessutom jämfört med andra metoder för att förbättra hållbarheten hos flexibla elektroniska enheter, det föreslagna tillvägagångssättet är billigt och lätt att använda med utrustning som redan används inom bildskärmsindustrin.
