هدف قراردادن ریزقطرات فلزی مایع با امواج فراصوت، روشی جدیدی را جهت ایجاد سیم برای الکترونیک کشسان و انعطاف پذیر پیشنهاد میکند.

در روش جدید سیم کشی منعطف، با تاباندن امواج فراصوت گوی های نانومقیاس جایگزیده در میان میکروکره های بزرگتر از جنس فلز مایع ایجاد میشود (که در این تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی دیده می شود).

این روش که در مجله Science شرح داده شده است، روش جدیدی را به جعبه ابزار مورد استفاده پژوهشگرانی که در حال توسعه مداربندی برای حسگرهای پزشکی که به پوست می چسبند، الکترونیک پوشیدنی و کاربردهای دیگری که در آنها مدارهای الکترونیکِ غیرقابل انعطاف از ایده آلی کمتری برخوردار است اضافه می کند.

پژوهشگران، کار را با طراحی روی ورقه های پلاستیک کشسان با رشته هایی از ریزقطرات میکروسکوپی ساخته شده از یک آلیاژ از گالیوم و ایندیوم آغاز کردند. این آلیاژ فلزی در دماهای بالاتر از حدود 16 درجه سلسیوس، مایع است.

با وجود اینکه فلز مایع از نظر الکتریکی رسانا است، ریزقطرات به سرعت اکسید میشوند. این فرآیند، هریک از آنها را با یک لایه عایق نازک می پوشاند. این لایه ها بارهای ساکنی دارند که قطره ها را از هم دفع کرده و استفاده از آنها را برای متصل کردن LED ها، میکروتراشه ها و دیگر اجزا در مداربندی الکترونیک، ناممکن می سازد.

با هدف قرار دادن میکرو کُره ها با امواج صوتیِ فرکانس-بالا، پژوهشگران موجب شدند تا روی گوی های میکروسکوپی، گوی های حتی کوچکتری از فلز مایع در اندازه نانو ایجاد شود. کره های بسیار کوچک، فواصل بین کره های بزرگتر را به هم متصل می کنند و این ارتباط نزدیک به الکترونها اجازه میدهد تا از میان لایه های اکسید تونل بزنند، در نتیجه ریز قطرات میتوانند الکتریسیته را انتقال دهند.

وقتی پلاستیکی که قطرات روی آن چاپ شده، کشیده یا خم میشود، گوی های بزرگتر فلزی می توانند تغییر شکل دهند در حالیکه کوچکترهایشان مانند ذرات جامد سخت رفتار می کنند که به اطراف جابه جا میشوند تا اتصال را حفظ کنند.

پژوهشگران، رساناهای خود را از طریق اتصال الکترونیک به یک الگوی انعطاف پذیر از LEDهایی که حروف اول Dynamic Materials Design Laboratory ،یعنی جایی که این کار انجام شده بود را نمایش میدادند، ارائه کردند. این گروه همچنین با این رساناها یک حسگر ساختند که میتواند خون را در میان پوست یک شخص پایش کند.

جیهِئونگ کانگ Jiheong Kang، دانشمند علم مواد از موسسه پیشرفته علم و فناوری کره در دائِژِئون کره جنوبی می گوید کاربردهای الکترونیک انعطاف پذیر، جدید نیستند. او می گوید اما مزیتهایی در این رویکرد جدید نسبت به مدل های دیگر وجود دارد، برای مثال آنهایی که به کانالهای پر شده با فلز مایع وابسته هستند که اگر مداربندی آسیب ببیند میتوانند نشت کنند. فلز مایع در رساناهایی که کانگ و همکارانش توسعه دادند در کره های بسیار کوچکی که در پلاستیک قرار داده شده محبوس است و حتی اگر جسم پاره شود در جای خود باقی خواهد ماند.

کارمِل مجیدی Carmel Majidi یک پژوهشگر در زمینه مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنِگی ملون در پیتسبورگ که با این پژوهش جدید مرتبط نبوده، میگوید سیمهای ساخته شده از فلز مایع، اغلب رساناهای مورد اعتماد برای استفاده در الکترونیک انعطاف پذیر بوده اند. استفاده از فراصوت، یک "رویکرد نوین جهت دستیابی به آن رسانندگی" را معرفی می کند. او می گوید گروه های دیگر، این کار برجسته را از طریق حرارت دادن مدارها، آنها را در معرض لیزر قرار دادن، پیچ و تاب دادن به آنها یا مرتعش کردن مدارها به منظور دستیابی به ریزقطره هایی که به یکدیگر اتصال پیدا کنند، پیش برده اند.

مجیدی متقاعد نمیشود که رویکرد فراصوت یک عامل تغییردهنده بازی برای مدارهای انعطاف پذیر باشد. اما او می گوید زمان آن رسیده است که این موضوع در مجله برجسته ای مانند Science منتشر شود. " من به شخصه واقعا هیجان زده هستم که این زمینه تحقیقاتی را به طور کلی ببینم و این نوع ویژه از معماری ماده، اکنون در شرف پدیدار شدن است."

منبع خبر:

Zapping tiny metal drops with sound creates wires for soft electronics

ترجمه خبر: بهناز ساربانها