Terry Shyu, Doctorant et assistant de recherche diplômé MSE, démontre la capacité d'un conducteur extensible à conduire. Crédit :Joseph Xu, Ingénierie du Michigan
L'art du découpage du papier peut trancher à travers un barrage routier sur le chemin du flexible, électronique extensible, une équipe d'ingénieurs et un artiste de l'Université du Michigan a trouvé.
À l'avenir, un petit pli dans votre smartphone peut être considéré comme une caractéristique plutôt qu'un défaut. Composant important de la future électronique qui peut être enroulé, plié ou noyé dans des objets souples est le conducteur étirable, qui constitueraient des composants tels que des fils et des électrodes.
Les conducteurs qui s'étirent sont difficiles à concevoir, et parmi ceux qui sont connus, soit ils ne se dilatent pas beaucoup, soit la conductivité plonge quand ils le font. En développant un chef d'orchestre inspiré du kirigami, l'art japonais du papier découpé, la conductivité est sacrifiée en amont. Les coupures deviennent des barrières à la conductivité électrique, mais une fois étiré, les chefs d'orchestre sont des interprètes réguliers.
« La méthode kirigami nous permet de concevoir la déformabilité des feuilles conductrices, alors qu'avant c'était un procédé très edisonien avec beaucoup de ratés et peu de hits, " a déclaré Nicolas Kotov, le professeur d'ingénierie Joseph B. et Florence V. Cejka, se référant à l'approche d'essai et d'erreur de Thomas Edison à l'invention.
En effet, lorsque les matériaux sont étirés au maximum, il est difficile de prédire quand et où les déchirures se produiront. Cependant, si les larmes sont conçues de manière réfléchie, la capacité du matériau à s'étirer et à récupérer devient fiable.
Cela semble simple, mais jusqu'à ce que l'art et l'ingénierie se joignent à ce projet, personne n'avait signalé avoir utilisé le kirigami pour relever le défi des conducteurs extensibles. Les résultats sont présentés dans la dernière édition de Matériaux naturels .
Nicolas Kotov, Joseph B. et Florence V. Cejka Professeur de génie chimique, et Matt Shlian, Artiste et maître de conférences à l'École d'art et de design, discuter de leur travail impliquant un conducteur extensible fait d'une structure maillée de nanotubes de carbone dans le North Campus Research Complex à Ann Arbor, MI le 1er juin 2015. Crédit :Joseph Xu, Michigan Ingénierie Communications et marketing
Matt Shlian, artiste et conférencier à la U-M Stamps School of Art and Design, a inspiré le travail avec une feuille de papier découpée pour s'étendre en une maille à chevrons lorsqu'elle est étirée.
Le premier prototype du conducteur extensible kirigami était du papier calque recouvert de nanotubes de carbone. La mise en page était très simple, avec des coupes comme des rangées de tirets qui s'ouvraient pour ressembler à une râpe à fromage.
Monté dans un tube de verre rempli d'argon, l'électrode en papier a transformé le gaz en un plasma incandescent. La tension aux bornes de l'électrode a envoyé des électrons libres dans les atomes d'argon, les obligeant à émettre de la lumière. Kotov a expliqué que des réseaux de telles électrodes pouvaient contrôler les pixels d'un écran plasma extensible.
Les ingénieurs voulaient comprendre exactement comment les choix de conception affectaient le comportement du conducteur extensible, donc Sharon Glotzer, le professeur Stuart W. Churchill de génie chimique, et son groupe de recherche, réalisé des simulations informatiques.
"En premier, la simulation informatique nous a donné une intuition sur les types de comportements à attendre de différents modèles de coupe, " a dit Pablo Damasceno, qui a récemment obtenu son doctorat en physique appliquée.
Matt Shlian, Artiste et maître de conférences à l'École d'art et de design, montre l'un des modèles de papier originaux qui ont servi d'inspiration pour un conducteur extensible fait d'une structure maillée de nanotubes de carbone dans le North Campus Research Complex à Ann Arbor, MI le 1er juin 2015. Crédit :Joseph Xu, Michigan Ingénierie Communications et marketing
Puis, l'équipe de simulation a exploré comment des détails comme la longueur et la courbure des coupes, et la séparation entre eux, lié à l'extensibilité du matériau.
Pour produire le kirigami microscopique, Terry Shyu, un doctorant en science et ingénierie des matériaux, fait du "papier" spécial à partir d'oxyde de graphène, un matériau composé de carbone et d'oxygène d'une épaisseur d'un atome seulement. Elle l'a recouvert d'un plastique souple, jusqu'à 30 couches de chacun.
La partie difficile, elle a expliqué, faisait des coupes de quelques dixièmes de millimètre de long.
Terry Shyu, Doctorant et assistant de recherche diplômé MSE, montre un conducteur extensible fait d'une structure maillée de nanotubes de carbone dans le North Campus Research Complex à Ann Arbor, MI le 1er juin 2015. Crédit :Joseph Xu, Michigan Ingénierie Communications et marketing
Dans l'installation de nanofabrication de Lurie, elle a d'abord enduit le papier high-tech d'un matériau qui peut être retiré à la lumière laser. Elle a brûlé les tirets de ce matériau, qui l'a transformé en masque pour le processus de gravure.
Un plasma d'ions d'oxygène et d'électrons a brisé le "papier" qui n'était pas caché sous le masque, créant des rangées nettes de tirets microscopiques. Ce matériau s'est comporté comme prévu par les simulations, étirement sans surcoût en conductivité.
