Kapsułki do obwodów samoleczenia

Upuszczenie telefonu komórkowego lub laptopa może oczywiście spowodować nieodwracalne uszkodzenia. Teraz naukowcy opracowują materiał, który może pozwolić na samodzielną naprawę obwodu w przypadku niewielkich, ale krytycznych uszkodzeń spowodowanych takim uderzeniem.

Opaska elektryczna: Kapsułki polimerowe wypełnione nanorurkami węglowymi mogą przywracać przewodnictwo obwodom elektrycznym po rozerwaniu. Zawiesina nanorurek wewnątrz kapsułek jest widoczna na powyższym obrazie z mikroskopu świetlnego; poniższy obraz, ze skaningowego mikroskopu elektronowego, pokazuje powierzchnię kapsułek polimerowych.

Kapsułki wypełnione przewodzącymi nanorurek, które rozrywają się pod naprężeniem mechanicznym, można umieszczać na płytkach drukowanych w miejscach narażonych na awarie. Kiedy naprężenie powoduje pęknięcie w obwodzie, niektóre z kapsułek również pękają i uwalniają nanorurki, aby zniwelować pęknięcie. Naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign pracują również nad dodatkami do kapsułek, które mają leczyć awarie elektrod litowo-jonowych, aby zapobiec zwarciom, które czasami mogą spowodować pożar.

Wcześniejsze badania nad materiałami samonaprawiającymi się koncentrowały głównie na przywracaniu właściwości mechanicznych po szkodliwym zdarzeniu. Naukowcy z University of Illinois stworzyli już na przykład samonaprawiające się powłoki, które mogą naprawiać zarysowania i zapobiegać korozji łodzi lub podwozi samochodowych. Teraz grupa wniosła te same techniki do problemu przywracania właściwości elektronicznych.

Chcemy rozwiązać typowe awarie telefonów komórkowych i innych przenośnych urządzeń elektronicznych, mówi Paul Braun , profesor materiałoznawstwa i inżynierii materiałowej na University of Illinois, który prowadzi projekt badawczy z Jeffrey Moore , profesor chemii, materiałoznawstwa i inżynierii. Te awarie mogą stać się jeszcze większym problemem, ponieważ elastyczna elektronika, która podlega znacznie większym obciążeniom mechanicznym, stanie się szeroko rozpowszechniona, mówi Braun.

Aby wytworzyć materiał samonaprawiający się, Braun i Moore zamknęli nanorurki węglowe w kulkach polimerowych o średnicy około 200 mikrometrów każda. Wybrali nanorurki węglowe ze względu na ich wysoką przewodność elektryczną oraz ze względu na ich wydłużony kształt, który dobrze wypełnia luki.

W badaniach sprawdzających koncepcję naukowcy rozerwali kapsułki i umieścili powstałą mieszaninę między końcówkami dwóch sond elektrycznych. Uwolnione nanorurki utworzyły most, który uzupełnił obwód między dwiema sondami. Chociaż sam polimer nie przewodzi, nie przeszkadzało to w przepływie prądu – po zerwaniu nastąpił dodatni wzrost przewodności netto. Szczegóły eksperymentów zostały opublikowane w zeszłym tygodniu w Czasopismo Chemii Materiałowej .

Przywrócenie właściwości elektronicznych jest fantastyczne, mówi Krzysztof Bielawski , profesor nadzwyczajny chemii na University of Texas w Austin, który opracowuje również samonaprawiające się materiały elektroniczne.

Wiele razy, gdy urządzenie ulegnie awarii, dzieje się tak z powodu przepalenia obwodu lub kondensatora – mówi Bielawski. Ma to kluczowe znaczenie w sytuacjach, w których nie można go naprawić – w satelitach lub okrętach podwodnych. Aby rozwiązać ten problem, inżynierowie obecnie wbudowują w system nadmiarowość. Obwody samonaprawiające mogą sprawić, że urządzenia do zdalnych zastosowań będą lżejsze, wydajniejsze i tańsze – mówi Bielawski.

Mark Hersam , profesor inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej na Northwestern University w Evanston w stanie Illinois, również dostrzega potencjał materiałów do wykorzystania w akumulatorach. Awarie baterii litowo-jonowych mogą być katastrofalne, prowadząc do wybuchowych pożarów, do których dochodzi, gdy korozja powoduje zwarcia elektryczne, mówi Hersam. W zeszłym miesiącu Hersam rozpoczął sponsorowaną przez Departament Energii współpracę z naukowcami z University of Illinois w celu opracowania samonaprawiających się materiałów do akumulatorów. Powinno być również możliwe wybranie polimerów kapsułek, które reagują na zmiany chemiczne, takie jak korozja, mówi.

Oczywiście nie chcesz obciążać baterii dodatkowymi rzeczami, mówi Braun. To samo dotyczy płytek drukowanych. Ale Braun mówi, że nie jest konieczne używanie dużych ilości kapsułek: można dodawać kapsułki w małych ilościach, ponieważ te awarie mają tendencję do występowania za każdym razem w tym samym punkcie struktury.

Naukowcy opracowują obecnie sposoby precyzyjnego pozycjonowania sfer. Braun mówi, że grupa przyjęła artykuł opisujący zastosowanie techniki zwanej elektrorozpylaniem do umieszczania baniek nanorurek. Grupa pracuje również nad bardziej realistycznymi testami kapsuł, w tym badaniami pękania materiałów przewodzących.

ukryć