Materiál na báze tekutého kovu pre tesnenie flexibilnej elektroniky
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 20. 2. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Tím výskumníkov zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne vyvinul nový materiál, ktorý je nielen pružný, ale aj nepriepustný pre plyny a kvapaliny. To je to, v čom tento druh materiálov zvyčajne zaostáva. Nový materiál by tak mohol byť užitočný na výrobu flexibilných batérií alebo nositeľnej elektroniky.
Navrhovanie materiálov si často vyžaduje kompromisy medzi určitými vlastnosťami. Ak chcete niečo, čo zabráni prístupu plynov a kvapalín, potom budete chcieť tvrdý a tuhý materiál. Na druhej strane, ak potrebujete niečo, čo je trochu pružné, budete sa musieť uspokojiť s tým, že nejaký plyn alebo kvapalina presiakne.
V novej štúdii však vedci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne (NCSU) vyvinuli nový materiál, ktorý dokáže oboje. Kľúčom je zvláštna zliatina známa ako eutektické gálium a indium (EGaIn), ktorá sa skladá z týchto dvoch mäkkých kovov vo forme, ktorá je pri izbovej teplote tekutá. Zliatina EGaIn sa ukázala ako všestranný materiál. V posledných rokoch sa uplatnila ako katalyzátor zachytávania uhlíka, v rozpustných implantátoch a v rozťahovateľných a krútiteľných elektronických zariadeniach.
Na výrobu nového materiálu tím uzavrel tenkú vrstvu EGaIn do elastického polyméru. Na vnútornej strane polyméru sa nachádzal rad drobných sklenených guľôčok, ktoré zabraňujú hromadeniu EGaIn na jednom mieste. Vďaka tomu je nový materiál elastický, pružný polymér s centrom z tekutého kovu, ktorý účinne zabraňuje prechodu plynov a kvapalín.
Pri testoch účinnosti materiálu tím meral, či sa tekutý kov môže časom odparovať a či môže kyslík uniknúť z uzavretej nádoby vyrobenej z polyméru. V oboch prípadoch sa nezistil žiadny únik kvapaliny ani plynu, čo naznačuje, že ide o účinnú bariéru.
V rámci podrobnejších experimentoch vedci testovali, ako dobre bude polymér fungovať ako hermetické tesnenie v rozťahovateľných elektronických zariadeniach, vrátane batérie a systému na prenos tepla. Polymér opäť pomohol obom zariadeniam dobre plniť ich úlohy, pričom udržal vysokú kapacitu batérie počas 500 cyklov a zvýšil tepelnú vodivosť systému na prenos tepla.
Nakoniec tím pridal do polyméru „okno“ na prenos signálu a preukázal, že sa dá použiť aj na umožnenie prechodu bezdrôtovej komunikácie. Celkovo tieto experimenty ukazujú, že flexibilný, nepriepustný materiál by mohol mať celý rad aplikácií.
Jednou z možných nevýhod je, že materiál EGaIn je relatívne drahý. Tím však tvrdí, že by mal existovať priestor na optimalizáciu materiálu s cieľom znížiť náklady, keďže v tejto štúdii sa na náklady nekládol dôraz. Jednou z metód, ktorú vedci navrhujú, je použitie tenšej vrstvy materiálu EGaIn.
Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Science.
