Kapsle pro samoléčebné okruhy

Pád mobilního telefonu nebo notebooku může samozřejmě způsobit nenapravitelné škody. Nyní výzkumníci vyvíjejí materiál, který by mohl umožnit, aby se obvod sám opravoval malé, ale kritické poškození způsobené takovým nárazem.

Elektrický náplast: Polymerové kapsle naplněné uhlíkovými nanotrubičkami mohou při roztržení obnovit vodivost elektrických obvodů. Suspenze nanotrubiček uvnitř kapslí je viditelná na snímku ze světelného mikroskopu výše; obrázek níže ze skenovacího elektronového mikroskopu ukazuje povrch polymerních kapslí.

Kapsle naplněné vodivými nanotrubičkami, které se roztrhnou při mechanickém namáhání, by mohly být umístěny na obvodové desky v oblastech náchylných k poruchám. Když napětí způsobí prasklinu v obvodu, některé kapsle by také praskly a uvolnily nanotrubičky, aby překlenuly zlom. Vědci z University of Illinois v Urbana-Champaign také pracují na přísadách do kapslí určených k léčbě selhání elektrod lithium-iontových baterií, aby se zabránilo zkratu, který může někdy způsobit požár.

Předchozí výzkum samoopravných materiálů se většinou zaměřoval na obnovu mechanických vlastností po poškození. Vědci z University of Illinois už například vyrobili samoopravitelné nátěry, které dokážou opravit škrábance a zabránit korozi na podvozcích lodí nebo aut. Nyní skupina přinesla stejné techniky k problému obnovy elektronických vlastností.

Chceme řešit běžné poruchy mobilních telefonů a další přenosné elektroniky, říká Pavel Braun , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois, který vede výzkumný projekt s Jeffrey Moore , profesor chemie, materiálové vědy a inženýrství. Tyto poruchy se mohou stát ještě větším problémem, protože flexibilní elektronika, která je vystavena mnohem většímu mechanickému namáhání, se rozšíří, říká Braun.

Aby vyrobili svůj samoopravný materiál, Braun a Moore zapouzdřili uhlíkové nanotrubice do polymerních kuliček o průměru asi 200 mikrometrů. Vybrali uhlíkové nanotrubice kvůli jejich vysoké elektrické vodivosti a protože jejich podlouhlý tvar dobře vyrovnává mezery.

Ve studiích proof-of-concept výzkumníci roztrhli kapsle a výslednou směs umístili mezi hroty dvou elektrických sond. Uvolněné nanotrubice vytvořily most, který dokončil okruh mezi dvěma sondami. Přestože polymer sám o sobě není vodivý, nebránilo to toku proudu – po prasknutí došlo k čistému pozitivnímu zvýšení vodivosti. Podrobnosti o experimentech byly zveřejněny minulý týden v Journal of Materials Chemistry .

Obnova elektronických vlastností je fantastická, říká Christopher Bielawski , docent chemie na Texaské univerzitě v Austinu, který také vyvíjí samoopravné elektronické materiály.

Mnohokrát, když zařízení selže, je to proto, že se spálí obvod nebo kondenzátor, říká Bielawski. To je kritické v situacích, kdy to nemůžete opravit – v satelitech nebo ponorkách. Aby se tento problém vyřešil, inženýři v současné době zabudovávají do systému redundanci. Samoopravné obvody by mohly učinit zařízení pro vzdálené aplikace lehčími, efektivnějšími a levnějšími, říká Bielawski.

Mark Hersam , profesor materiálové vědy a inženýrství na Northwestern University v Evanstonu, IL, také vidí potenciál pro použití materiálů v bateriích. Selhání lithium-iontových baterií může být katastrofální, což vede k výbušným požárům, ke kterým dochází, když koroze způsobí elektrické zkraty, říká Hersam. Minulý měsíc Hersam zahájil spolupráci sponzorovanou Katedrou energie s výzkumníky z University of Illinois na vývoji samoopravných materiálů pro baterie. Také by mělo být možné vybrat kapslové polymery, které reagují na chemické změny, jako je koroze, říká.

Samozřejmě nechcete zatěžovat baterii dalšími věcmi, říká Braun. Totéž platí pro desky plošných spojů. Ale Braun říká, že není nutné používat velké množství kapslí: Kapsle můžete přidávat v malých množstvích, protože tyto poruchy mají tendenci nastat pokaždé ve stejném bodě struktury.

Výzkumníci v současné době vyvíjejí způsoby, jak přesně umístit koule. Braun říká, že skupina přijala dokument popisující použití techniky zvané elektrosprej k umístění bublin nanotrubiček. Skupina také pracuje na realističtějších testech pro pouzdra, včetně studií lomu ve vodivých materiálech.

skrýt