EPFL-forskare har utvecklat de första mikrostrukturerade fibrerna med en viskös metall inuti – ett perfekt exempel på vad tvärvetenskapligt lagarbete kan åstadkomma.

Platina, koppar, nickel och fosfor - de är komponenterna i en amorf metallegering med utmärkta mekaniska egenskaper. Legeringen är också mycket korrosionsbeständig och lockar stort intresse för urtillverkning och mikromekanik. Nu tre forskare från EPFL:s Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices (FIMAP) – Ph.D. student Inès Richard, postdoc Wei Yan och professor Fabien Sorin – har gett det ett nytt syfte:de använder det för att tillverka elektroder för plastfibrer. Deras papper, som var medförfattare av professor Jörg Löffler från ETH Zürich, har publicerats i Naturens nanoteknik .

En tunn elektrisk ledare

"Vårt metallglas är en del av en ny kategori av metaller med en amorf struktur, " säger Richard. "När legeringen värms upp till en viss temperatur, den blir först viskös och blir sedan kristallin och fast." Fördelen är att medan legeringen är i ett trögflytande tillstånd, den kan sträckas ut till en nanometrisk storlek, enhetlig form som sträcker sig längs med fibern. Det är ett steg upp från de kristallina metallerna som normalt används - de sträcks i flytande tillstånd, vilket innebär att de kan bryta ner till droppar om deras diameter blir för liten.

"Tack vare denna legering och vårt arbete med professor Vasiliki Tileli, som gav ytterligare insikt i hur processen fungerar, vi kunde skapa en mycket tunn, elektriskt ledande fiber, " säger professor Sorin. "Den är bara 40 nanometer tjock - det är ungefär 50 gånger mindre än en vanlig elektrodfiber."

Få råttor att gå

Eftersom legeringen är trögflytande, den kan kombineras med en annan vätska under tillverkningsprocessen utan att de två blandas. "Vi tillsatte flytande selen, som kan upptäcka ljus, " säger Yan. "Legeringen är mycket ledande, och eftersom tack vare den höga kvaliteten på gränssnittet mellan båda materialen, det förbättrade också fiberns prestanda och känslighet."

"Vi arbetade också med professorerna Stéphanie Lacour och Grégoire Courtine för att testa våra metalliska glasfibrer på råttor, " säger Richard. Lacour hjälpte till att utveckla en metod för att integrera elektroderna i kroniska implantat. Sedan testade Courtines labb implantatens funktionalitet på råttor. Hans forskare skickade elektriska impulser direkt in i råttornas hjärnor, får dem att röra sig, och registrerade signalerna från deras neuroner. De metalliska glasfibrerna som utvecklats vid EPFL är designade för användning i biomedicinsk utrustning och elektronik.