Forskare från North Carolina State University har skapat töjbara, transparenta ledare som fungerar på grund av strukturernas "nano-dragspel"-design. Ledarna kan användas i en mängd olika applikationer, som flexibel elektronik, töjbara displayer eller bärbara sensorer.

"Det finns inga ledande, transparenta och töjbara material i naturen, så vi var tvungna att skapa en, " säger Abhijeet Bagal, en Ph.D. student i mekanisk och rymdteknik vid NC State och huvudförfattare till en artikel som beskriver arbetet.

"Vår teknik använder geometri för att sträcka spröda material, som är inspirerad av källor som vi ser i vardagen, " säger Bagal. "Det enda som skiljer sig är att vi gjorde det mycket mindre."

Forskarna börjar med att skapa en tredimensionell polymermall på ett kiselsubstrat. Mallen är formad som en serie identiska, jämnt fördelade rektanglar. Mallen är belagd med ett lager av aluminiumdopad zinkoxid, som är det ledande materialet, och en elastisk polymer appliceras på zinkoxiden. Forskarna vänder sedan på det hela och tar bort kislet och mallen.

Det som finns kvar är en serie symmetriska, zinkoxidryggar på ett elastiskt underlag. Eftersom både zinkoxid och polymeren är klara, strukturen är transparent. Och den är töjbar eftersom åsarna av zinkoxid tillåter strukturen att expandera och dra ihop sig, som bälgen på ett dragspel.

"Vi kan också kontrollera tjockleken på zinkoxidskiktet, och har gjort omfattande tester med lager från 30 till 70 nanometer tjocka, " säger Erinn Dandley, en Ph.D. student i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och medförfattare till uppsatsen. "Detta är viktigt eftersom tjockleken på zinkoxiden påverkar strukturens optiska, elektriska och mekaniska egenskaper."

3D-mallarna som används i processen är exakt konstruerade, med hjälp av nanolitografi, eftersom dimensionerna på varje ås direkt påverkar strukturens töjbarhet. Ju högre varje ås är, desto mer töjbar struktur. Detta beror på att strukturen sträcker sig genom att de två sidorna av en ås böjs bort från varandra vid basen - som en person som gör en split.

Strukturen kan sträckas upprepade gånger utan att gå sönder. Och medan det är en viss förlust av konduktivitet första gången nano-dragspelet sträcks, ytterligare sträckning påverkar inte konduktiviteten.

"Det mest intressanta för oss är att detta tillvägagångssätt kombinerar ingenjörskonst med en touch av ytkemi för att exakt kontrollera nanodragspelets geometri, sammansättning och, i sista hand, dess övergripande materialegenskaper, " säger Chih-Hao Chang, en biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen. "Vi arbetar nu på sätt att förbättra konduktiviteten hos nanodragspelsstrukturerna. Och någon gång vill vi hitta ett sätt att skala upp processen."

Forskarna experimenterar också med tekniken genom att använda andra ledande material för att bestämma deras användbarhet för att skapa icke-transparenta, elastiska ledare.

Pappret, "Multifunktionella nano-dragspelsstrukturer för töjbara transparenta ledare, " publiceras online i tidskriften Material horisonter .