EPFL-forskare har utvecklat ledande spår som kan böjas och sträckas upp till fyra gånger sin ursprungliga längd. De kan användas i konstgjord hud, anslutna kläder och sensorer på kroppen.
Konduktiva spår är vanligtvis hårdtryckta på en tavla. Men de som nyligen utvecklats vid EPFL är helt annorlunda:de är nästan lika flexibla som gummi och kan sträckas upp till fyra gånger sin ursprungliga längd och i alla riktningar. Och de kan sträckas en miljon gånger utan att spricka eller avbryta deras ledningsförmåga. Uppfinningen beskrivs i en artikel publicerad idag i tidskriften Avancerade material .
Både solid och flexibel, denna nya metalliska och delvis flytande film erbjuder ett brett utbud av möjliga tillämpningar. Den kan användas för att göra kretsar som kan vridas och sträckas – perfekt för konstgjord hud på proteser eller robotmaskiner. Det kan också integreras i tyg och användas i anslutna kläder. Och eftersom den följer människokroppens form och rörelser, den skulle kunna användas för sensorer utformade för att övervaka särskilda biologiska funktioner.
"Vi kan komma på alla möjliga användningsområden, i former som är komplexa, rör sig eller förändras över tid, sa Hadrien Michaud, en doktorand vid Laboratory for Soft Bioelectronic Interfaces (LSBI) och en av studieförfattarna.
Omfattande forskning har gjorts för att utveckla en elastisk elektronisk krets. Det är en riktig utmaning, eftersom de komponenter som traditionellt används för att göra kretsar är stela. Att applicera flytande metall på en tunn film i polymerstöd med elastiska egenskaper verkar naturligtvis vara ett lovande tillvägagångssätt.
Tunn och pålitlig
På grund av den höga ytspänningen hos vissa av dessa flytande metaller, experiment som hittills genomförts har endast producerat relativt tjocka strukturer. "Med hjälp av deponerings- och struktureringsmetoderna som vi utvecklade, det är möjligt att göra spår som är väldigt smala – flera hundradelar av en nanometer tjocka – och mycket pålitliga, sa Stéphanie Lacour, innehavare av Bertarelli Foundation Chair in Neuroprosthetic Technology och som driver labbet.
Förutom deras unika tillverkningsteknik, forskarnas hemlighet ligger i valet av ingredienser, en legering av guld och gallium. "Gallium har inte bara goda elektriska egenskaper, men den har också en låg smältpunkt, runt 30o, sade Arthur Hirsch, en doktorand vid LSBI och medförfattare till studien. "Så det smälter i din hand, och, tack vare processen känd som underkylning, det förblir flytande vid rumstemperatur, ännu lägre." Guldlagret säkerställer att galliumet förblir homogent, förhindrar att den separeras till droppar när den kommer i kontakt med polymeren, vilket skulle förstöra dess ledningsförmåga.
