Forskare från North Carolina State University har utvecklat mycket ledande och elastiska ledare gjorda av silvertrådar i nanoskala (nanotrådar). Dessa elastiska ledare skulle kunna användas för att utveckla töjbara elektroniska anordningar.

Sträckbara kretsar skulle kunna göra många saker som dess stela motsvarighet inte kan. Till exempel, ett elektroniskt "skinn" kan hjälpa robotar att plocka upp ömtåliga föremål utan att gå sönder dem, och töjbara skärmar och antenner kan få mobiltelefoner och andra elektroniska enheter att sträcka och komprimera utan att påverka deras prestanda. Dock, det första steget mot att göra sådana tillämpningar möjliga är att producera ledare som är elastiska och kan effektivt och tillförlitligt överföra elektriska signaler oavsett om de är deformerade.

Dr Yong Zhu, en biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid NC State, och Feng Xu, en Ph.D. student i Zhus labb har utvecklat sådana elastiska ledare med hjälp av silver nanotrådar.

Silver har mycket hög elektrisk ledningsförmåga, vilket innebär att den kan överföra el effektivt. Och den nya tekniken som utvecklats vid NC State bäddar in mycket ledande silver nanotrådar i en polymer som tål betydande sträckning utan att negativt påverka materialets ledningsförmåga. Detta gör den attraktiv som en komponent för användning i töjbara elektroniska enheter.

"Denna utveckling är mycket spännande eftersom den omedelbart skulle kunna tillämpas på ett brett spektrum av applikationer, " sade Zhu. "Dessutom, vårt arbete fokuserar på hög och stabil konduktivitet under en stor grad av deformation, komplement till de flesta andra arbeten med silver nanotrådar som är mer angelägna om flexibilitet och transparens."

"Tillverkningsmetoden är väldigt enkel, " säger Xu. Silver nanotrådar placeras på en silikonplatta. En flytande polymer hälls över kiselsubstratet. Polymeren utsätts sedan för hög värme, som förvandlar polymeren från en vätska till en elastisk fast substans. Eftersom polymeren flyter runt silver nanotrådarna när den är i flytande form, nanotrådarna fångas i polymeren när den blir fast. Polymeren kan sedan skalas av silikonplattan.

"Också silver nanotrådar kan skrivas ut för att tillverka mönstrade sträckbara ledare, ", säger Xu. Det faktum att det är lätt att göra mönster med silver nanotrådsledarna borde underlätta teknikens användning vid elektroniktillverkning.

När den nanotråd-inbäddade polymeren sträcks och avslappnad, ytan på polymeren som innehåller nanotrådar spänns. Slutresultatet är att kompositen är platt på sidan som inte innehåller några nanotrådar, men vågig på sidan som innehåller silver nanotrådar.

Efter att den inbäddade nanotrådsytan har knäckts, materialet kan sträckas upp till 50 procent av dess töjning, eller dragpåkänning, utan att påverka ledningsförmågan hos silvernanotrådarna. Detta beror på att materialets böjda form gör att nanotrådarna kan stanna i ett fast läge i förhållande till varandra, även när polymeren sträcks.

"Förutom att ha hög ledningsförmåga och ett stort stabilt töjningsintervall, de nya töjbara ledarna visar utmärkt robusthet under upprepad mekanisk belastning, ", säger Zhu. Andra rapporterade sträckbara ledande material avsätts vanligtvis ovanpå underlag och kan delamineras under upprepad mekanisk sträckning eller ytgnidning.