De böjda nanorören ser ut som snirkliga linjer på en plan yta. Kredit:Yong Zhu, North Carolina State University
Forskare från North Carolina State University har utvecklat en ny metod för att skapa elastiska ledare gjorda av kolnanorör, vilket kommer att bidra till storskalig produktion av materialet för användning i en ny generation av elastiska elektroniska enheter.
"Vi är optimistiska att detta nya tillvägagångssätt kan leda till storskalig produktion av töjbara ledare, vilket sedan skulle påskynda forskning och utveckling av elastiska elektroniska enheter, " säger Dr Yong Zhu, en biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid NC State, och huvudförfattare till en artikel som beskriver den nya tekniken.
Sträckbara elektroniska enheter skulle vara både mer motståndskraftiga och kunna anpassa sig till olika former. Potentiella applikationer inkluderar enheter som kan integreras i kläder, implanterbar medicinsk utrustning, och sensorer som kan sträckas över obemannade flygfarkoster.
För att utveckla denna töjbara elektronik, man måste skapa ledare som är elastiska och som på ett tillförlitligt sätt överför elektriska signaler oavsett om de sträcks.
De blå linjerna här representerar kolnanorör, medan den grå bakgrunden representerar det elastiska substratet. På den översta bilden, det finns en betydande överlappning av nanorören. I mittenbilden, substratet har sträckts ut, skapa viss separation av nanorören. På den nedre bilden, underlaget är avslappnat, och nanorören har knäckts till snirkliga linjer på en plan yta. Kredit:Yong Zhu, North Carolina State University
Ett sätt att göra ledande material mer elastiska är att "spänna" dem. Zhus nya metod spänner kolnanorör på substratets plan. Tänk på att nanorören bildar snirkliga linjer på ett papper, snarare än en dragspelsform som svänger upp och ner med bara de nedre delarna som rör vid pappersarket. Zhus team använde kolnanorör eftersom de är robusta, stabil, utmärkta ledare och kan riktas in i band.
Den nya processen börjar med att placera inriktade kolnanorör på ett elastiskt substrat med hjälp av en transfertryckprocess. Substratet sträcks sedan, som separerar nanorören samtidigt som de behåller sin parallella inriktning.
Slående, när underlaget är avslappnat, nanorören återgår inte till sina ursprungliga positioner. Istället, nanorören spänns – skapar vad som ser ut som en samling parallella snirkliga linjer på en plan yta.
Kolnanorören är nu elastiska – de kan sträckas – men de har behållit sina elektriska egenskaper.
Den viktigaste fördelen med denna nya metod är att den kommer att göra tillverkningen av elastiska ledare betydligt effektivare, eftersom kolnanorören kan appliceras innan substratet sträcks. Detta är kompatibelt med befintliga tillverkningsprocesser. "Till exempel, rulla-till-rulle-trycktekniker kan anpassas för att dra fördel av vår nya metod, " säger Zhu.
Ett dokument som beskriver det nya tillvägagångssättet, "Knäckning av inriktade kolnanorör som töjbara ledare:en ny tillverkningsstrategi, " publicerades online 23 januari in Avancerade material . Tidningen var medförfattare av Feng Xu, en Ph.D. student vid NC State. Forskningen finansierades av National Science Foundation.
I en annan ny tidning, Zhus team har för första gången visat att kolnanorör kan spännas med en teknik där det elastiska substratet sträcks innan nanorören appliceras. Substratet är sedan avslappnat, tvingar nanorören att spänna ut ur planet. Nanorören bildar ett band som kröker sig upp och ner som bälgen på ett dragspel. Denna andra teknik har använts tidigare med andra material. Denna andra tidning, "Vågiga band av kolnanorör för töjbara ledare, " publicerades 19 januari in Avancerade funktionella material .
