Med sin höga elektriska ledningsförmåga och optiska transparens, indiumtennoxid är ett av de mest använda materialen för pekskärmar, plasmaskärmar, och flexibel elektronik. Men dess snabbt eskalerande pris har tvingat elektronikindustrin att söka efter andra alternativ.

Ett potentiellt och mer kostnadseffektivt alternativ är en film gjord med silver nanotrådar - trådar så extremt tunna att de är endimensionella - inbäddade i flexibla polymerer. Som indiumtennoxid, detta material är transparent och ledande. Men utvecklingen har avstannat eftersom forskare saknar en grundläggande förståelse för dess mekaniska egenskaper.

Nu Horacio Espinosa, James N. och Nancy J. Farley professorer i tillverkning och entreprenörskap vid Northwestern Universitys McCormick School of Engineering, har lett forskning som utökar förståelsen för silvernanotrådars beteende inom elektronik.

Espinosa och hans team undersökte materialets cykliska belastning, vilket är en viktig del av utmattningsanalys eftersom den visar hur materialet reagerar på fluktuerande belastningar.

"Cyklisk belastning är ett viktigt materialbeteende som måste undersökas för att förverkliga de potentiella tillämpningarna av att använda silver nanotrådar i elektronik, Espinosa sa. "Kunskap om sådant beteende gör det möjligt för designers att förstå hur dessa ledande filmer misslyckas och hur de kan förbättra deras hållbarhet."

Genom att variera spänningen på silvernanotrådar som är tunnare än 120 nanometer och övervaka deras deformation med elektronmikroskopi, forskargruppen karakteriserade det cykliska mekaniska beteendet. De fann att permanent deformation delvis var återvinningsbar i de studerade nanotrådarna, vilket innebär att en del av materialets defekter faktiskt självläkade och försvann vid cyklisk belastning. Dessa resultat indikerar att silver nanotrådar potentiellt skulle kunna motstå starka cykliska belastningar under långa tidsperioder, vilket är en nyckelegenskap som behövs för flexibel elektronik.

"Dessa silver nanotrådar visar mekaniska egenskaper som är ganska oväntade, ", sa Espinosa. "Vi var tvungna att utveckla nya experimentella tekniker för att kunna mäta denna nya materialegenskap."

Fynden presenterades nyligen på omslaget till tidskriften Nanobokstäver . Andra nordvästra medförfattare på tidningen är Rodrigo Bernal, en nyligen utexaminerad doktorand i Espinosas labb, och Jiaxing Huang, docent i materialvetenskap och teknik i McCormick.

"Nästa steg är att förstå hur denna återhämtning påverkar beteendet hos dessa material när de böjs miljontals gånger, sa Bernal, tidningens första författare.