Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Киригами вдохновило учёных на создание растягивающихся плазменных экранов

Добавлено: 2015-06-25, просмотров: 582


Растяжимый проводник, изготовленный из бумажной сетки
(фото Joseph Xu, Michigan Engineering Communications and Marketing).

Японское искусство киригами, заключающееся в фигурной резке бумаги и изготовлении из неё необычных фигурок, вдохновило исследователей из Мичиганского университета на создание гибкой и растяжимой электроники на основе углеродных нанотрубок. Растяжение нового материала можно увеличить с 4 до 370% без существенного влияния на проводимость.

В поисках способов создания гибких, растяжимых и при этом функциональных проводников американские исследователи обратились к японскому искусству киригами. Напомним, что не так давно "Вести.Наука" писали о том, что это искусство легло в основу инновационных растягивающихся аккумуляторов. Обычно сжатие нарушает электропроводящие свойства устройства, однако при растяжении проводники снова начинают действовать в полную силу.

Бумажная модель, вдохновившая учёных на создание растяжимого проводника (фото Joseph Xu, Michigan Engineering Communications and Marketing).

"Метод киригами подсказал нам, как проектировать деформируемые проводящие листы. Раньше этот процесс был почти недоступен и устройства получались не очень эффективными, – рассказывает один из авторов исследования Николас Котов (Nicholas Kotov). – Когда материалы растягиваются по максимуму, сложно заранее предсказать, когда и где произойдёт разрыв. Однако наш новый подход позволяет материалу растягиваться и восстанавливаться, оставаясь по-прежнему работоспособным".

Новая концепция, на первый взгляд, кажется достаточно простой, однако инженеры только сейчас пришли к такому решению проблемы. Первый прототип проводника-киригами был создан с помощью бумаги, покрытой углеродными нанотрубками. Конструкция была предельно простой и внешне напоминала кухонную тёрку.

Далее команда соорудила другой прототип в стеклянной колбе, заполненной газом аргоном. Напряжение на электродах генерировало электрическое поле, которое заставляло аргон ионизироваться и излучать свет. В этом случае растяжение в 200% никак не влияло на процесс.

(Котов объясняет, что по тому же принципу в будущем будут контролироваться пиксели растяжимого плазменного дисплея.)

Сотрудники Мичиганского университета демонстрируют способность материала растягиваться и при этом работать (фото Joseph Xu, Michigan Engineering).

Инженеры пытались понять, как именно разрезы в разных местах пласта материала влияют на способность проводника к растяжению без потерь функциональности. Для этого учёным пришлось обратиться к компьютерному моделированию. Оно помогло учёным узнать, чего можно ожидать от гибких элементов различных форм. Затем, также с помощью моделирования, исследователи изучили влияние различных переменных на растяжимость материала (в частности, длины и кривизны разрезов и расстояния между ними).

Для получения микроскопического проводника-киригами доцент в области материаловедения и инженерии Терри Шью (Terry Shyu) изготовила специальную "бумагу" из оксида графена — материала, состоящего из углерода и кислорода толщиной в один атом. Она проложила его гибким пластиком, создав около трёх десятков слоёв. Самым сложным в процессе, по её словам, было нанесение крошечных разрезов, длина которых была около нескольких десятых миллиметра.

Для этого высокотехнологичную "бумагу" покрыли материалом, удалить который можно с помощью лазерного света. Затем Шью "вытравила" лазером на покрытии необходимый рисунок, а потом при помощи потока ионов кислорода и электронов создала нужные разрезы по маске покрытия.

В итоге получился материал, который повёл себя согласно прогнозам моделей. Он растягивался без дополнительных потерь в проводимости.

Микромасштабный узор киригами на листе нанокомпозита (фото Kotov et al./Nature Mat. 10.1038/nmat4327).

Возможно, в недалёком будущем люди, благодаря этой технологии, смогут погнуть свой смартфон, и это будет считаться достоинством техники, а не его дефектом.

Подробности исследования были опубликованы в издании Nature Materials.

Вести.ру