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新发明的无疲劳,可拉伸导体

 

研究人员已经发现了一种新的可拉伸透明导体,可以折叠或拉伸和释放,可以产生较大的曲率或显著应变至少10,000次而没有疲劳的迹象。

这是创造新一代可折叠电子产品的关键一步——试想一台可以卷起便于携带的平面电视——和可植入式的医疗器械。这项工作,发表在周一的《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志上,使用的是黄金纳米筛搭配由聚二甲基硅氧烷或PDMS制成的可拉伸基底。

基底在金纳米筛放在上面之前就被拉伸,一个被称为“预拉伸”的工艺——当材料被周期性地拉伸至50%以上都不显示疲劳的迹象。

这个金纳米筛也被证实有利于细胞生长,表明它是用于可植入医疗装置的好材料。

疲劳是研究人员试图开发柔性透明导体过程中遇到的一个共同的问题,可使得许多具有良好的导电性,柔韧性和透明性的材料——这三个都是可折叠电子所具备的——在实际应用中磨损过快,ZhifengRen说,他是来自休斯敦大学的一位物理学家,得克萨斯州超导中心的首席研究员,同时也是本论文的第一作者。

这种由晶界光刻技术生产的新材料解决了这个问题,他说。

除了ZhifengRen,该项目的其他研究人员,包括来自休斯敦大学的ChuanFeiGuoChing-Wu "Paul" Chu;来自哈佛大学的ZhigangSuo, Qihan Liu Yecheng Wang,以及来自休斯顿卫理研究所的Guohui Wang Zhengzheng Shi

在材料科学中,“疲劳”用来描述由引起反复运动或压力引起的材料的结构损坏,被称作“应变循环”。弯曲的材料足够的次数,材料就会被损坏或断裂。这意味着材料对于消费电子产品或生物医学装置是不够耐用的。

“金属材料往往表现高循环疲劳,而疲劳对于金属一直是致命的问题,”研究人员写道。

“我们通过制造Au(金)纳米网和PDMS滑之间的界面,来削弱基材的约束,并期望Au纳米网实现超拉伸性和高耐疲劳性,”他们在论文中写道。免于疲劳在这意味着结构和电阻都不改变,或在很多次应变循环后几乎没有变化。”

其结果是,他们报告道,“Au纳米筛被拉伸10000次到50%时,不表现出应变疲劳”。

许多应用需要较少的拉伸——许多材料在很少的拉伸下仍会发生断裂——所以足够大的范围进行拉伸和避免疲劳过度数千周期的能力的组合,将保证材料在长时间内依然有效,Ren说。

晶界光刻涉及双层剥离金属化工艺,其中包括一个氧化铟掩模层和氧化硅牺牲层,并提供良好的控制网状结构的尺寸。

研究人员用小鼠胚胎纤维细胞,以确定生物相容性;即伴随着该金纳米筛的在湿滑衬底伸缩性类似的组织或器官的表面的生物环境,这说明纳米筛“可能作为起搏器电极被植入体内,作为神经末梢或中枢神经系统的连接,一个跳动的心脏,等等,“他们写道。

Ren的实验室报道了使用金纳米网制作新型透明可拉伸电子材料的力学技术,并于在20141月发表了一篇文章在《Nature Communications 》杂志上。

这项工作扩展了,关于使用不同的方法制造材料,来使其它经历数千周期而无疲劳。

新材料在线编译整理——翻译:Gary        校正:摩天轮

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