211service.com
Kapsler til selvhelbredende kredsløb
At tabe en mobiltelefon eller bærbar computer kan selvfølgelig forårsage uoprettelig skade. Nu udvikler forskere et materiale, der kan lade et kredsløb selvreparere små, men kritiske skader forårsaget af en sådan påvirkning.
Elektrisk plaster: Polymerkapsler fyldt med carbon nanorør kan genoprette ledningsevnen til elektriske kredsløb, når de rives op. Nanorørsuspensionen inde i kapslerne er synlig på lysmikroskopbilledet ovenfor; billedet nedenfor, fra et scanning-elektronmikroskop, viser overfladen af polymerkapslerne.
Kapsler, fyldt med ledende nanorør, der rives op under mekanisk belastning, kan placeres på printplader i områder, der er udsat for fejl. Når stress forårsager en revne i kredsløbet, ville nogle af kapslerne også briste og frigive nanorør for at bygge bro over bruddet. Forskerne fra University of Illinois i Urbana-Champaign arbejder også på kapseladditiver designet til at helbrede fejl i lithium-ion batterielektroder for at forhindre den kortslutning, der nogle gange kan forårsage brand.
Tidligere forskning i selvhelbredende materialer har mest fokuseret på at genoprette mekaniske egenskaber efter en skadelig hændelse. Forskerne fra University of Illinois har for eksempel allerede lavet selvhelbredende belægninger, der kan reparere ridser og forhindre korrosion på både eller bilchassis. Nu har gruppen bragt de samme teknikker til problemet med at genoprette elektroniske egenskaber.
Vi ønsker at løse almindelige fejl i mobiltelefoner og anden bærbar elektronik, siger Paul Braun , en professor i materialevidenskab og teknik ved University of Illinois, som leder forskningsprojektet med Jeffrey Moore , professor i kemi, materialevidenskab og teknik. Disse fejl kan blive et endnu større problem, da fleksibel elektronik, som er udsat for meget mere mekanisk belastning, bliver udbredt, siger Braun.
For at lave deres selvhelbredende materiale indkapslede Braun og Moore kulstofnanorør inde i polymerkugler med en diameter på omkring 200 mikrometer hver. De valgte kulstof nanorør på grund af deres høje elektriske ledningsevne, og fordi deres aflange form gør et godt stykke arbejde med at stille op til bro mellem huller.
I proof-of-concept undersøgelser flåede forskerne kapslerne fra hinanden og placerede den resulterende blanding mellem spidserne af to elektriske sonder. De frigivne nanorør dannede en bro, der fuldendte kredsløbet mellem de to sonder. Selvom polymeren i sig selv ikke er ledende, forhindrede dette ikke strømmen - der var en netto positiv stigning i ledningsevnen efter bruddet. Detaljer om eksperimenterne blev offentliggjort i sidste uge i Journal of Materials Chemistry .
Restaureringen af elektroniske egenskaber er fantastisk, siger Christopher Bielawski , lektor i kemi ved University of Texas i Austin, som også udvikler selvhelbredende elektroniske materialer.
Mange gange, når en enhed fejler, er det fordi et kredsløb eller en kondensator brænder ud, siger Bielawski. Dette er kritisk i situationer, hvor du ikke kan reparere det - i satellitter eller ubåde. For at løse problemet bygger ingeniører i øjeblikket redundans ind i et system. Selvhelbredende kredsløb kunne gøre enheder til fjernapplikationer mere lette, mere effektive og billigere, siger Bielawski.
Mark Hersam , professor i materialevidenskab og teknik ved Northwestern University i Evanston, IL, ser også potentiale for, at materialerne kan bruges i batterier. Lithium-ion batterifejl kan være katastrofale, hvilket fører til eksplosive brande, der opstår, når korrosion forårsager elektriske kortslutninger, siger Hersam. I sidste måned indledte Hersam et Department of Energy-sponsoreret samarbejde med forskere fra University of Illinois for at udvikle selvhelbredende materialer til batterier. Det burde også være muligt at udvælge kapselpolymerer, der reagerer på kemiske ændringer som korrosion, siger han.
Selvfølgelig vil du ikke tynge et batteri med ekstra ting, siger Braun. Det samme gælder for printkort. Men Braun siger, at det ikke er nødvendigt at bruge store mængder af kapslerne: Du kan tilføje kapslerne i små mængder, fordi disse fejl har en tendens til at opstå på samme sted i strukturen hver gang.
Forskerne er i øjeblikket ved at udvikle måder til præcist at placere kuglerne. Braun siger, at gruppen har modtaget et papir, der beskriver brugen af en teknik kaldet elektrospraying til at placere nanorørboblerne. Gruppen arbejder også på mere realistiske test for kapslerne, herunder brudundersøgelser i ledende materialer.