Układy elektroniczne rozciągające się jak guma znajdą zastosowanie w medycynie

Elastyczna elektronika, którą można rozciągać bez obaw o uszkodzenie, to marzenie każdego producenta - zarówno urządzeń przeznaczonych do rozrywki jak i poważniejszych zastosowań, na przykład medycznych. Na razie donosiliśmy wam przede wszystkim o kolejnych prototypach elastycznych układów elektronicznych. Teraz pokazujemy wam sposób na elektronikę, którą da się rozciągać.

W grudniu ubiegłego roku zainteresowanie branży IT wzbudził materiał Roboden. Wytworzone z niego przewody (zasilające lub USB) można rozciągnąć w znacznym stopniu, a nadal zachowają one swoje własności. Robodenowe połączenia można wykorzystać do połączenia elektroniki i czujników, które są wszyte w ubrania. Niestety z tego materiału trudno wykonać połączenia w układach elektronicznych o dużej skali integracji, które również poddawałyby się rozciąganiu.

Gumka recepturka to pierwsza rzecz, która przychodzi nam do głowy gdy mówimy o rozciągliwych przedmiotach. (foto: flickr/dullhunk)

Aby pokonać ten problem zespół naukowców z McCormick School of Engineering opracował materiał, który jest podstawą dla rozciągalnej elektroniki. Można go nie tylko wyginać, ale przede wszystkim rozciągać.

Odkształcenia struktury mogą sięgać 200%, bez negatywnych skutków dla podstawowej własności - przewodnictwa. To czterokrotnie lepszy rezultat niż osiągany wcześniej, a to pozwala myśleć o wdrożeniu tej technologii do praktycznych zastosowań.

Zwykła płytka drukowana jest sztywna, nieodporna na zginanie, a co dopiero na rozciąganie. Istnieje technologia, która pozwala na samonaprawianie się pekniętych ścieżek połączeniowych, ale to tylko półśrodek. (foto: flickr/blprnt-van)

Nowa struktura jest połączeniem polimeru o silnie porowatej strukturze z ciekłym metalem. Jako podstawowy materiał wykorzystano poly(dimetylosiloksan) - PDMS, który charakteryzuje się bardzo dużą rozciągliwością (do 300%). Następnie w porach, które wykonano w tym polimerze (mają one strukturę przestrzenną), umieszczono eutektyczny stop galu i indu (EGaIn).

Własności tego stopu (który pod naprężeniem zachowuje się jak ciekły metal) gwarantują, że po rozciągnięciu całej struktury nie ulega zaburzeniu przewodnictwo. W przypadku tradycyjnych układów elektronicznych, już w obliczu niewielkiego naprężenia, spada ono około 100-krotnie.

Aby wytworzyć pory wewnątrz polimeru, najpierw wykonano trójwymiarową siatkę, którą zanurzono w PDMS. Następnie siatka została wytrawiona a powstałą w ten sposób pustą przestrzeń można było wypełnić ciekłym metalem.

Dzięki nowej technologii można myśleć o produkcji urządzeń do monitorowania stanu zdrowia pacjenta, które można umieścić w ludzkim organizmie (nie tylko jako implant podskórny) bez konsekwencji dla komfortu jego funkcjonowania. To oczywiście tylko jedna z możliwości, zyskać może każde urządzenie elektroniczne, które w trakcie pracy poddawane jest działaniu sił przyśpieszających jego zużycie.

Więcej o technologiach materiałowych:

• Corning Willow Glass: elastyczne szkło do giętkich urządzeń cienkie jak włos
• QD TV - giętkie telewizory już w 2012 roku?
• Organiczny procesor dający się wyginać
• LG Electronic Paper Display: rusza masowa produkcja elastycznego e-papieru
• Roboden: kabel zasilania i USB rozciąga się jak guma

Źródło: Northwestern University, Nature