Krzemowe nanospiralki
Elektronika zaszyta w ubraniach i wszczepiana do organizmu - cel i marzenie wielu inżynierów. Niestety, żeby elektronika mogła się sprawdzić na elastycznych podłożach, sama musi być elastyczna, a krzemowe układy źle się w tej roli sprawdzają. Chyba że nada im się kształt spirali.
Próbowano już wielu dróg uzyskania elastyczności elektronicznych obwodów. Jednym z nich było nadawanie krzemowym drutom kształtu fali-sinusoidy, dzięki której mogły się rozciągać wraz z podłożem. Niestety, kształt taki okazał się mało trwały, miejsca, gdzie podczas deformacji występują największe obciążenia, czyli szczyty fal, bardzo szybko ulegały przerwaniu.
Doktor Yong Zhu, inżynier z North Carolina State University, postanowił poszukać innego rozwiązania. Uznał, że rozciągliwy drut musi mieć kształt, przy którym obciążenie rozkłada się równo na wszystkie punkty. A taki kształt jest tylko jeden - trójwymiarowa spirala, wykorzystywana od dawna choćby do podłączania słuchawek tradycyjnych aparatów telefonicznych. Tak zwinięty kabel pozwala na bardzo duże odkształcenia i nie ulega przy tym uszkodzeniom.
Sztuką było jednak przenieść to rozwiązanie w nanowymiar, a jeszcze większą - umieścić taki przewód na odpowiednim podłożu; o ile bowiem spiralne nanodruty były już tworzone, to nikomu nie udało się ich odpowiednio zintegrować z podłożem. Doktor Zhu postąpił inaczej: rozciągnął przygotowane gumowe podłoże, poddał je odpowiednim zabiegom z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego oraz ozonu, a następnie osadził na nim przygotowane, krzemowe nanoprzewody. Po „puszczeniu" materiału podłoża ściągnął się on, a przewody uformowały się w działające nanospirale. Tak przygotowane przewody, jak się okazało, potrafią bez uszkodzenia rozciągnąć się ponaddwukrotnie (dokładnie o 104%), przewodząc prąd.
Niestety, dopracowania wymaga jeszcze pewność takich przewodów - stabilność przewodnictwa wykazują one bowiem w daleko mniejszym zakresie niż maksymalne rozciągnięcie, być może z powodu rezystancji styku. Jeśli się uda, będzie to znaczący krok w kierunku rozciągliwej elektroniki.
Komentarze (9)
amur49, 30 stycznia 2011, 19:10
A może by takie spiralne przewody, tyle że miedziane i w makro skali zastosować np. w "rozkładanych" komórkach, laptopach itp. ?
Jurgi, 30 stycznia 2011, 19:40
Odpada. Jeszcze okazałyby się zbyt trwałe i nie zmuszałyby klienta do kupna nowego aparatu po dwóch latach.
waldi888231200, 30 stycznia 2011, 21:29
Spiralny masz w telefonie stacjonarnym, krótkofalówkach, taśmy giętkie masz w sprzęcie elektronicznym , wielozyłowe płaskie kable w komputerze.
amur49, 31 stycznia 2011, 00:53
Chodzi mi o to, żeby właśnie taśmy giętkie wszędzie tam, gdzie podczas normalnego użytkowania są narażone na wielokrotne zginanie zawsze w tym samym miejscu, zastąpić wielożyłowym kablem (może być płaski), w którym "proste" przewody zastąpiono spiralkami. Zdaję sobie sprawę, że taki kabel musiałby być odpowiednio grubszy (spiralka zajmuje więcej miejsca, niż prosty drucik, czy linka), no ale wiadomo - coś za coś, Zresztą takie ustrojstwo stosowane by było tylko w miejscu zginania, na krótkim odcinku.
mikroos, 31 stycznia 2011, 01:17
Kształt spiralki ma sens wtedy, kiedy przewód jest rozciągany, a klapki są zginane. Logika podpowiada więc, że lepszym rozwiązaniem jest po prostu spłaszczony przewód. Spiralka w takim miejscu działałaby jeszcze gorzej, bo tylko krótki jej odcinek (ustawiony pod odpowiednim kątem) zginałby się w płaszczyźnie zapewniającej maksymalną elastyczność, a w pozostałych punktach spiralka zginałaby się w bliżej nieokreślone strony.
amur49, 31 stycznia 2011, 13:42
Jak mnie swojego czasu na studiach uczono w zginanym elemencie po zewnętrznej stronie łuku występują siły właśnie rozciągające, a po wewnętrznej - ściskające. W przypadku spirali nie trudno sobie wyobrazić co dzieje się w strefie pośredniej: w belce - ścinanie, w luźnej spirali praktycznie - nic. Zresztą - kto nie wierzy niech spróbuje złamać sprężynę (a drut złamać łatwo).
mikroos, 1 lutego 2011, 01:37
W belce ścinanie, ale przy założeniu, że zginanie zachodzi wzdłuż, a nie w poprzek płaszczyzny, do której należy jej powierzchnia. Weź sobie jako prosty przykład kartkę papieru.
KONTO USUNIĘTE, 1 lutego 2011, 14:25
Spirala - najdłuższa doga do celu - zużycie materiału w porównaniu z prostym kabelkiem kolosalnie większe. No ale,że to nanoskala,surowca wystarczy
.
I jeszcze,spiralny przewodnik pod napięciem to cewka, ze wszelkimi tego konsekwencjami,więc nie wszędzie się sprawdzi.
waldi888231200, 2 lutego 2011, 01:27
Bardzo trafne spostrzezenie.