Elektroniska material har varit en stor stötesten för framsteget för flexibel elektronik eftersom befintliga material inte fungerar bra efter att de har gått sönder och läkts. Ett nytt elektroniskt material skapat av ett internationellt team, dock, kan läka alla dess funktioner automatiskt även efter att ha brutits flera gånger. Detta material kan förbättra hållbarheten hos bärbar elektronik.

"Bärbar och böjbar elektronik utsätts för mekanisk deformation över tid, som kan förstöra eller bryta dem, "sa Qing Wang, professor i materialvetenskap och teknik, Penn State. "Vi ville hitta ett elektroniskt material som skulle reparera sig själv för att återställa all funktionalitet, och gör det efter flera pauser. "

Självläkbara material är de som, efter att ha motstått fysisk deformation som att ha skurits på mitten, naturligtvis reparera sig själva med liten eller ingen yttre påverkan.

Förr, forskare har kunnat skapa självläkbara material som kan återställa en funktion efter att ha brutits, men att återställa en uppsättning funktioner är avgörande för att skapa effektiv bärbar elektronik. Till exempel, om ett dielektriskt material behåller sin elektriska resistivitet efter självläkning men inte sin värmeledningsförmåga, som kan utsätta elektronik för risk för överhettning.

Materialet som Wang och hans team skapade återställer alla egenskaper som behövs för användning som dielektrikum i bärbar elektronik - mekanisk hållfasthet, nedbrytningsstyrka för att skydda mot överspänningar, elektrisk resistans, värmeledningsförmåga och dielektrisk, eller isolerande, egenskaper. De publicerade sina fynd online på Avancerade funktionella material .

De flesta självläkbara materialen är mjuka eller "gummiliknande, "sa Wang, men materialet han och hans kollegor skapade är mycket tufft i jämförelse. Hans team tillsatte bornitrid nanosheets till ett basmaterial av plastpolymer. Som grafen, bornitrid nanosheets är tvådimensionella, men istället för att leda elektricitet som grafen motstår de och isolerar mot den.

"De flesta undersökningar av självläkbara elektroniska material har fokuserat på elektrisk konduktivitet men dielektrik har förbises, "sa Wang." Vi behöver ledande element i kretsar men vi behöver också isolering och skydd för mikroelektronik. "

Materialet kan läka sig själv eftersom bornitrid-nanoskikt ansluter till varandra med vätebindningsgrupper funktionaliserade på deras yta. När två bitar placeras i närheten, den elektrostatiska attraktion som naturligt förekommer mellan båda bindningselementen drar dem nära varandra. När vätebindningen återställs, de två bitarna är "helade". Beroende på andelen bornitrid -nanoskikt som läggs till polymeren, denna självläkning kan kräva ytterligare värme eller tryck, men vissa former av det nya materialet kan självläka vid rumstemperatur när de placeras bredvid varandra.

Till skillnad från andra läkbara material som använder vätebindningar, bornitrid nanosheets är ogenomträngliga för fukt. Detta innebär att enheter som använder detta dielektriska material kan fungera effektivt i sammanhang med hög luftfuktighet, till exempel i en dusch eller på en strand.

"Detta är första gången som ett självläkbart material har skapats som kan återställa flera egenskaper över flera pauser, och vi ser detta vara användbart i många applikationer, sa Wang.

Lixin Xing, Penn State och Harbin Institute of Technology; Qi Li, Guangzu Zhang, Xiaoshan Zhang och Feihua Liu, alla i Penn State; och Li Liuand Yudong Huang, Harbin Institute of Technology, samarbetat kring denna forskning.

China Scholarship Council stödde denna forskning.