Инженеры разработали прозрачный, эластичный и электропроводный материал на основе сплавов. Он состоит из тонких полосок нескольких сплавов металлов, в том числе и жидкого, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным взглядом, но достаточно электропроводны, чтобы снабжать энергией электронные устройства, такие, как светодиоды, сообщается в журнале Advanced Materials.
Поскольку все больше инженеров создают гибкую электронику, требуются новые материалы, которые могут проводить ток, но в то же время быть прозрачными. Как правило, для этого используют прозрачные полимеры, но они плохо реагируют на механические нагрузки — даже если они могут растягиваться, многие из них теряют электропроводность и выдерживают мало циклов растяжения. Другое популярное решение — наносить на прозрачную и эластичную полимерную основу проводящие металлические дорожки. Проблема такого подхода заключается в том, что пока никому не удавалось сделать такой композит с высокой общей прозрачностью и незаметными человеческому глазу полосками.
Инженеры под руководством Кармела Маджиди (Carmel Majidi) из Университета Карнеги — Меллона смогли создать по такой схеме прозрачный, эластичный и электропроводный материал. В его основе лежит прозрачный эластомер полидиметилсилоксан. На него наносят 20-нанометровый слой хрома и 100-нанометровый слой меди. После этого образец погружают в жидкий при комнатной температуре сплав EGaIn, который на три четверти состоит из галлия и на четверть из индия. При этом он взаимодействует с медью и образует новый сплав. После того, как образец достали из емкости с жидким сплавом и промыли, часть сплава все же остается на поверхности.
Для того, чтобы сделать материал прозрачным на нем с помощью лазера вырезают большую часть сплавов и оставляют дорожки шириной 4,5 микрометра, расположенные на расстоянии 96 микрометров друг от друга. Для защиты дорожек их также покрывают пленкой из полидиметилсилоксана. За счет таких параметров прозрачность материала получилась на уровне 85 процентов, но при этом он также сохранил высокие механические и электрические свойства. Его удельное сопротивление составляет 1,77×10-6 Ом-метров, а растягивать такой материал без повреждения можно более чем в два раза. При этом, хотя сопротивление увеличивается при растяжении, исследователи не заметили постоянного падения электропроводности после многих циклов растяжения.
Инженеры показали, что такие электропроводящие дорожки можно использовать для соединения электронных компонентов. К примеру, они предложили создавать на основе такого материала сенсорные контактные линзы для камер. Они припаяли к проводящим дорожкам несколько светодиодов и подключили образец к компьютеру и датчику углекислого газа. На демонстрационном видео можно видеть, как после распыления газа из баллончика на линзе последовательно загораются светодиоды, сигнализирующие о разных концентрациях газа.
Прозрачные и эластичные материалы уже не первый го используются в разных разработках. К примеру, на их основе создали прозрачный тачпад, который можно прикрепить на руке, и прозрачный трибоэлектрический генератор, который вырабатывает электричество из движений тела.
Григорий Копиев