Terry Shyu, Dottorando MSE e assistente di ricerca laureato, dimostra la capacità di conduzione di un conduttore estensibile. Credito:Giuseppe Xu, Ingegneria del Michigan
L'arte del taglio della carta può tagliare un posto di blocco sulla strada verso la flessibilità, elettronica estensibile, ha trovato un team di ingegneri e un artista dell'Università del Michigan.
Nel futuro, una piccola piega nel tuo smartphone potrebbe essere considerata una caratteristica piuttosto che un difetto. Un componente importante dell'elettronica futura che può essere arrotolato, piegato o incorporato in oggetti flessibili è il conduttore estensibile, che costituirebbero componenti come fili ed elettrodi.
I conduttori che si allungano sono difficili da progettare, e tra quelli che si conoscono, o non si espandono di molto o la conduttività scende in picchiata quando lo fanno. Sviluppando un direttore d'orchestra ispirato al kirigami, l'arte giapponese del taglio della carta, la conduttività viene sacrificata in anticipo. I tagli diventano barriere alla conduttività elettrica, ma quando allungato, i conduttori sono esecutori costanti.
"Il metodo kirigami ci permette di progettare la deformabilità dei fogli conduttivi, considerando che prima era un processo molto edisoniano con molti fallimenti e pochi successi, " ha detto Nicholas Kotov, il Professore di Ingegneria Joseph B. e Florence V. Cejka, riferendosi all'approccio per tentativi ed errori di Thomas Edison all'invenzione.
Questo perché quando i materiali sono allungati al massimo, è difficile prevedere quando e dove si verificheranno gli strappi. Però, se le lacrime sono progettate in modo premuroso, la capacità del materiale di allungarsi e recuperare diventa affidabile.
Sembra semplice, ma fino a quando arte e ingegneria non si sono unite a questo progetto, nessuno aveva riferito di aver usato il kirigami per affrontare la sfida dei conduttori estensibili. I risultati sono presentati nell'ultima edizione di Materiali della natura .
Nicholas Kotov, Joseph B. e Florence V. Cejka Professore di Ingegneria Chimica, e Matt Shlian, Artista e docente a contratto presso la Scuola di Arte e Design, discutere il loro lavoro che coinvolge un conduttore estensibile realizzato con una struttura a maglie di nanotubi di carbonio nel North Campus Research Complex ad Ann Arbor, MI il 1 giugno 2015. Credito:Joseph Xu, Michigan Ingegneria delle comunicazioni e del marketing
Matt Shlian, artista e docente presso la U-M Stamps School of Art and Design, ha ispirato il lavoro con un foglio di carta tagliato per estendersi in una maglia a spina di pesce quando allungato.
Il primo prototipo del conduttore estensibile kirigami era carta da lucido ricoperta di nanotubi di carbonio. Il layout era molto semplice, con tagli come file di trattini che si aprivano per assomigliare a una grattugia.
Allestito in un tubo di vetro pieno di argon, l'elettrodo di carta trasformò il gas in un plasma incandescente. La tensione ai capi dell'elettrodo ha inviato elettroni liberi agli atomi di argon, facendoli emettere luce. Kotov ha spiegato che gli array di tali elettrodi potrebbero controllare i pixel di un display al plasma estensibile.
Gli ingegneri volevano capire esattamente come le scelte progettuali influissero sul comportamento del conduttore estensibile, quindi Sharon Glotzer, lo Stuart W. Churchill Professore di Ingegneria Chimica, e il suo gruppo di ricerca, simulazioni al computer eseguite.
"All'inizio, la simulazione al computer ci ha dato un'intuizione su quali tipi di comportamenti ci si poteva aspettare da diversi modelli di taglio, " disse Pablo Damasceno, che ha recentemente conseguito il dottorato in fisica applicata.
Matt Shlian, Artista e docente a contratto presso la Scuola di Arte e Design, mostra uno dei modelli di carta originali che sono serviti come ispirazione per un conduttore estensibile realizzato con una struttura a maglie di nanotubi di carbonio nel North Campus Research Complex di Ann Arbor, MI il 1 giugno 2015. Credito:Joseph Xu, Michigan Ingegneria delle comunicazioni e del marketing
Quindi, il team di simulazione ha esplorato come dettagli come la lunghezza e la curvatura dei tagli, e la separazione tra loro, legate all'elasticità del materiale.
Per produrre il microscopico kirigami, Terry Shyu, uno studente di dottorato in scienze e ingegneria dei materiali, fatto speciale "carta" di ossido di grafene, un materiale composto da carbonio e ossigeno dello spessore di un solo atomo. Lo ha stratificato con una plastica flessibile, fino a 30 strati di ciascuno.
La parte difficile, lei spiegò, effettuava tagli lunghi solo pochi decimi di millimetro.
Terry Shyu, Dottorando MSE e assistente di ricerca laureato, mostra un conduttore estensibile realizzato con una struttura a maglie di nanotubi di carbonio nel North Campus Research Complex di Ann Arbor, MI il 1 giugno 2015. Credito:Joseph Xu, Michigan Ingegneria delle comunicazioni e del marketing
Nella struttura di nanofabbricazione di Lurie, ha prima rivestito la carta high-tech con un materiale che può essere rimosso con la luce laser. Ha bruciato i trattini di quel materiale, che lo ha trasformato in una maschera per il processo di incisione.
Un plasma di ioni ossigeno ed elettroni ha rotto la "carta" che non era nascosta sotto la maschera, creando le file ordinate di trattini microscopici. Questo materiale si è comportato come previsto dalle simulazioni, allungamento senza costi aggiuntivi in conduttività.
