新型柔性导体反复拉伸而无疲劳

研究人员开发出了一种新型可伸缩透明导体,可折叠或拉伸,再释放至少10000次,而不出现疲劳迹象。
这种可伸缩的导体可用于制备折叠电子产品,比如可卷起来方便携带的平板电视,以及植入式医疗器件。该项研究发表于《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上,标题为“由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制得的具有可拉伸基板的金纳米网组”。
该基板在金纳米网放置在其上之前先进行拉伸,该过程称为“预拉伸”,使材料即使循环拉伸至应变超过50%也不会出现疲劳迹象。金纳米网也被证实有利于细胞的生长,表明这种材料适用于植入式医疗器件。
材料的疲劳或结构损伤是有重复运动或应力引起的,称之为“应变循环”,是研究人员试图开发柔性透明导体通常需要解决的问题。该论文通讯作者、休斯敦大学物理学家、德克萨斯超导中心首席研究员ZhifengRen说,很多种具有良好导电性、柔性且透明的材料因磨损太快而无法应用。这种新材料由晶界光刻技术制得,解决了这一难题。
除了Ren以外,其他参与该研究的研究人员包括休斯敦大学的ChuanFeiGuo和Ching-Wu ‘Paul’ Chu,哈佛大学的ZhigangSuo、Qihan Liu和Yecheng Wang,以及休斯敦卫理工会研究院(Houston Methodist Research Institute)的Guohui Wang和Zhengzheng Shi。
论文中写道,“金属材料通常都表现出较高的循环疲劳,疲劳也是金属的致命缺陷。我们通过使金(Au)纳米网与PDMS间的界面光滑,来削弱基体的约束,希望Au纳米网能够获得超弹性和高的抗疲劳强度。此处的无疲劳是指在多次应变循环之后,结构和电阻都不会发生改变或几乎没有改变。”
因此,“Au纳米网拉伸50%达10000次以上未表现出应变疲劳。”
Ren说,很多应用都需要具有较弱的动态拉伸——许多材料在远小于拉伸强度的情况下发生断裂——这种材料具有足够大范围的拉伸以及经数千次循环而未疲劳,这表明可以使用相当长的一段时间。
研究人员采用的晶界光刻技术涉及到双层玻璃金属化过程,其中包括氧化铟掩模层和氧化硅牺牲曾,并为网状结构提供良好的控制。
研究人员采用小鼠胚胎成纤维细胞来验证这种金纳米网的生物相容性。对光滑基板上的金纳米网进行拉伸来模仿组织或器官表面的生物环境,结果表明这种纳米网“能够植入人体,比如说起搏器电极、神经末梢或中枢神经系统的连接、跳动的心跳、等等。”
Ren的实验室首次报道了采用金纳米网作为新型透明可拉伸电子材料的力学性能,相关论文发表于2014年1月出版的《自然·通讯》(Nature Communications)上。这项研究采用不同的方式来制备材料,使其历经数千次循环而未疲劳,扩大了这种材料的用途。
新材料在线编译整理——翻译:菠菜 校正:摩天轮
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