I ricercatori hanno scoperto un nuovo estensibile, conduttore trasparente che può essere piegato o allungato e rilasciato, risultante in una grande curvatura o una deformazione significativa, almeno 10, 000 volte senza mostrare segni di stanchezza.

Questo è un passo cruciale nella creazione di una nuova generazione di dispositivi elettronici pieghevoli - pensa a un televisore a schermo piatto che può essere arrotolato per una facile portabilità - e dispositivi medici impiantabili. Il lavoro, pubblicato lunedì in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , accoppia la nanorete d'oro con un substrato estensibile realizzato con polidimetilsilossano, o PDMS.

Il substrato viene allungato prima che la nanorete d'oro venga posizionata su di esso - un processo noto come "prestiro" - e il materiale non ha mostrato alcun segno di affaticamento quando allungato ciclicamente a una deformazione superiore al 50 percento.

La nanorete d'oro si è anche dimostrata favorevole alla crescita cellulare, indicando che è un buon materiale per dispositivi medici impiantabili.

La fatica è un problema comune per i ricercatori che cercano di sviluppare un flessibile, conduttore trasparente, realizzare molti materiali che hanno una buona conducibilità elettrica, flessibilità e trasparenza - tutti e tre sono necessari per l'elettronica pieghevole - si consumano troppo rapidamente per essere pratici, disse Zhifeng Ren, un fisico presso l'Università di Houston e ricercatore principale presso il Texas Center for Superconductivity, chi era l'autore principale del giornale.

Il nuovo materiale, prodotta dalla litografia a bordo grano, risolve quel problema, Egli ha detto.

Oltre a Ren, altri ricercatori del progetto includevano Chuan Fei Guo e Ching-Wu "Paul" Chu, entrambi da UH; Zhigang Suo, Qihan Liu e Yecheng Wang, tutti dall'Università di Harvard, e Guohui Wang e Zhengzheng Shi, entrambi dallo Houston Methodist Research Institute.

Nella scienza dei materiali, "fatica" è usato per descrivere il danno strutturale a un materiale causato da movimenti o pressioni ripetuti, noto come "strain cycling". Piega un materiale abbastanza volte, e si danneggia o si rompe. Ciò significa che i materiali non sono abbastanza durevoli per l'elettronica di consumo o i dispositivi biomedici.

"I materiali metallici spesso mostrano fatica ad alto ciclo, e la fatica è stata una malattia mortale per i metalli, " hanno scritto i ricercatori.

"Indeboliamo il vincolo del substrato rendendo scivolosa l'interfaccia tra la nanomesh di Au (oro) e PDMS, e aspettati che la nanorete di Au raggiunga la superelasticità e un'elevata resistenza alla fatica, " hanno scritto nel giornale. "Libero da fatica qui significa che sia la struttura che la resistenza non cambiano o cambiano poco dopo molti cicli di deformazione".

Di conseguenza, hanno riferito, "la nanorete di Au non mostra affaticamento da sforzo quando viene allungata al 50 percento per 10, 000 cicli."

Molte applicazioni richiedono un allungamento meno drammatico - e molti materiali si rompono con un allungamento molto minore - quindi la combinazione di una gamma sufficientemente ampia per l'allungamento e la capacità di evitare l'affaticamento su migliaia di cicli indica un materiale che rimarrebbe produttivo per un lungo periodo di tempo , ha detto Ren.

La litografia a bordo grano prevedeva un processo di metallizzazione a distacco di doppio strato, che includeva uno strato maschera di ossido di indio e uno strato sacrificale di ossido di silicio e offre un buon controllo sulle dimensioni della struttura a rete.

I ricercatori hanno utilizzato cellule di fibroblasti embrionali di topo per determinare la biocompatibilità; Quello, insieme al fatto che l'elasticità della nanorete d'oro su un substrato scivoloso ricorda il bioambiente delle superfici dei tessuti o degli organi, suggeriscono che la nanorete "potrebbe essere impiantata nel corpo come un elettrodo pacemaker, una connessione alle terminazioni nervose o al sistema nervoso centrale, un cuore che batte, e così via, " scrissero.

Il laboratorio di Ren ha riportato i meccanismi di creazione di un nuovo materiale elettrico trasparente ed estensibile, usando nanomesh d'oro, in un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura nel gennaio 2014.

Questo lavoro si espande su questo, producendo il materiale in un modo diverso per consentirgli di rimanere senza fatica attraverso migliaia di cicli.