L'équipe de recherche de Zhu a créé les premières bobines de nanofil de silicium sur un substrat qui peut être étiré à plus du double de leur longueur d'origine, nous rapprocher du développement d'appareils électroniques extensibles. Crédit :Yong Zhu, Université d'État de Caroline du Nord
Des chercheurs de la North Carolina State University ont créé les premières bobines de nanofil de silicium sur un substrat qui peut être étiré à plus du double de leur longueur d'origine, nous rapprocher de l'intégration d'appareils électroniques extensibles dans les vêtements, dispositifs implantables de surveillance de la santé, et une foule d'autres applications.
"Afin de créer de l'électronique extensible, vous devez mettre l'électronique sur un substrat étirable, mais les matériaux électroniques eux-mêmes ont tendance à être rigides et fragiles, " dit le Dr Yong Zhu, l'un des chercheurs qui ont créé les nouvelles bobines de nanofils et professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à NC State. "Notre idée était de créer des matériaux électroniques qui peuvent être adaptés en bobines pour améliorer leur extensibilité sans nuire à la fonctionnalité électrique des matériaux."
D'autres chercheurs ont expérimenté le « bouclage » de matériaux électroniques en formes ondulées, qui peut s'étirer comme le soufflet d'un accordéon. Cependant, Zhu dit, les contraintes maximales pour les structures ondulées se produisent à des positions localisées - les pics et les vallées - sur les vagues. Dès que la déformation de rupture est atteinte à l'une des positions localisées, toute la structure échoue.
"Une forme idéale pour s'adapter à une déformation importante conduirait à une répartition uniforme des contraintes sur toute la longueur de la structure - un ressort hélicoïdal est l'une de ces formes idéales, " dit Zhu. " En conséquence, les matériaux ondulés ne peuvent pas s'approcher du degré d'étirement des bobines." Zhu note que la forme de la bobine n'est énergétiquement favorable que pour les structures unidimensionnelles, tels que les fils.
Ici, vous pouvez voir plusieurs images de la nanobobine de silicium pendant son étirement. Crédit :Yong Zhu, Université d'État de Caroline du Nord
L'équipe de Zhu a mis un substrat en caoutchouc sous tension et a utilisé des niveaux très spécifiques de rayonnement ultraviolet et d'ozone pour modifier ses propriétés mécaniques, puis placé des nanofils de silicium sur le substrat. Les nanofils ont formé des bobines lors de la libération de la contrainte. D'autres chercheurs ont pu créer des bobines à l'aide de nanofils autoportants, mais n'ont jusqu'à présent pas pu intégrer directement ces bobines sur un substrat étirable.
Bien que les propriétés mécaniques des nouvelles bobines leur permettent d'être étirées de 104 % supplémentaires au-delà de leur longueur d'origine, leurs performances électriques ne peuvent pas tenir de manière fiable sur une portée aussi large, peut-être en raison de facteurs tels que le changement de résistance de contact ou la défaillance de l'électrode, dit Zhu. « Nous travaillons à améliorer la fiabilité des performances électriques lorsque les bobines sont étirées à la limite de leur étirement mécanique, ce qui est probablement bien au-delà de 100 %, selon notre analyse."
