Метаматериал позволил растягиваемому дисплею не исказить изображение

Корейские ученые создали прототип светодиодного дисплея на основе подложки из метаматериала-ауксетика. Это позволяет растягивать дисплей, не искажая при этом изображение, потому что растяжение идет сразу по всем направлением, а не только вдоль линии прикладывания усилий. Статья опубликована в Advanced Functional Materials.

Уже несколько лет существуют серийные гаджеты с гибкими дисплеями, которые можно складывать сотни тысяч раз без разрушения. Эластичные дисплеи, которые можно не только гнуть, но и растягивать, тоже существуют, но пока лишь в виде прототипов, и до реального применения эта технология пока не дошла. Одна из причин, хотя и далеко не единственная, заключается в том, что при растягивании дисплея изображение на нем сильно искажается, причем неравномерно по его поверхности. Из-за этого производителям приходится придумывать другие варианты конструкции, например, сворачивать гнущийся дисплей и прятать его под корпус.

Чжан Бонгюн (Bongkyun Jang), Ким Чже-Хён (Jae-Hyun Kim) и их коллеги из Корейского института машиностроения и материалов вместе с коллегами предложили создавать дисплеи, растягиваемые без искажения изображения, используя метаматериал. Практически все материалы при растяжении вдоль сужаются в поперечном направлении, и поэтому имеют положительный коэффициент Пуассона. Но есть и исключения из этого правила, такие материалы называют ауксетиками. У них при растяжении поперечное сечение наоборот увеличивается, а коэффициент Пуассона оказывается отрицательным.

Ученые предложили использовать для борьбы с искажением изображения ауксетический метаматериал с коэффициентом Пуассона, равным −1, что означает, что при продольном растяжении он увеличивается в ширину на такую же величину, поэтому его пропорции сохраняются и меняется лишь площадь. Самый простой способ сделать такой материал — нарезать его на квадратные блоки, каждый из которых соединен с соседним только в одной вершине, которая при растяжении работает как шарнир:

Процесс создания дисплея состоит из трех стадий. Сначала берется подложка из полиимида и на нее наносятся медные проводящие дорожки с площадками из оловянного припоя. Затем на площадки помещаются светодиоды и дисплей подвергается кратковременному нагреву до 250 градусов, благодаря которому светодиоды припаиваются к подложке. Наконец, на третьем этапе лазерный резак создает вырезы между светодиодами в виде полосок с большими закруглениями на концах, предотвращающими концентрацию напряжений.

После изготовления дисплея ученые проверили его работу при разных уровнях растяжения. Выяснилось, что он, как и предсказывало моделирование, при продольном напряжении растягивается одновременно в обе стороны, не теряя пропорций вплоть до растяжения на 24,5 процента. Однако фактически использовать его таким образом не стоит, потому что при таком растяжении в подложке и медных электродах возникают пластические (необратимые) деформации. Но если растягивать его до 10,5 процента, после этого дисплей полностью восстанавливает свою изначальную форму.

Одно из возможных применений растягиваемых дисплеев — нательная электроника. И некоторые разработки в этой области уже есть. В 2018 году японские инженеры показали прототип прозрачного дисплея, который приклеивается на кожу и может отображать биометрические показатели человека, такие как пульс.

Григорий Копиев