2019-05-30 18:02:01
研究人员在可拉伸电子材料方面取得突破性进展

可伸缩的电子产品是工程与好莱坞特效相遇的地方。

随着医疗保健,能源和军事应用的广泛应用,可伸缩电子产品因其压缩,扭曲和适应不平整表面而不失功能而备受尊敬。

通过使用诸如硅树脂的聚合物的弹性,这些新兴技术被制成以模仿皮肤的方式移动。

这揭示了为什么Smooth-On Ecoflex(一种商业上最常用于制造模具和电影面具和假肢的物质)是研究中发现的最突出的有机硅弹性体(橡胶状物质)。

在处理材料样本时,得克萨斯A&M大学J. Mike Walker '66机械工程系助理教授Matt Pharr博士和研究生Seunghyun Lee最近发现了一种新型骨折。

“我在可伸缩电子产品方面做了一些工作,所以当我还是博士后时,我有很多材料。我们必须在我们的办公室存放样品,同样,我也有一些在这里,因为我们打算使用它们在一个我们最终没有做的项目中。我是一个紧张的烦恼,当我玩它时,我注意到一些奇怪的东西,“Pharr说。

这种奇怪之处就是Pharr和Lee在他们最近的出版物“侧向和稳定的有机硅弹性体中的裂纹扩展”中提到的侧向裂纹。这种现象是当裂缝从裂缝尖端分支并垂直于原始撕裂延伸时。

他们的研究结果不仅为形状的形成提供了一个全新的视角,如何提高弹性体的拉伸性,而且为更多抗撕裂和抗断裂材料奠定了基础。

“最初这种材料是同位素,这意味着它在所有方向都具有相同的性质。但是一旦你开始拉伸它,你会在材料中引起一些微观结构的变化,使其具有各向异性 - 在不同方向上的不同特性,”Pharr说。 “通常情况下,当人们考虑给定材料的断裂时,他们并没有考虑到基于方向的抗断裂性能。”

然而,这种概念化对于可拉伸电子产品的创新和进步至关重要。

正如Pharr所解释的那样,在加载时,带有切口的聚合物往往会从一端撕裂到另一端。然而,表现出侧向裂缝的材料阻止了裂缝的加深。相反,切口只是与弹性体的其余部分一起扩展,最终,一旦拉伸足够,看起来只不过是材料表面的一个小凹痕 - 否定了原始裂缝的进一步威胁。

这允许弹性体的未受伤部分保持其承载和功能特性,同时增加可拉伸性。

展望未来,通过研究如何对导致侧向裂缝的微观结构进行逆向工程,研究人员可以利用与之相关的优势,并开发出通常不会出现这种裂缝的材料的应用方法。这将导致在可拉伸电子设备中使用的非常薄的弹性体层中具有更好的抗断裂性,以及更大的拉伸性 - 这两者都是这些技术的进步和未来可用性的关键。

“对我来说,这在科学上是有趣的,”法尔说。 “这不是预期的。看到我不期望的东西总会引起好奇心。(材料)实际上是坐在我桌子的抽屉里,而这一切都是受到玩耍的启发。”

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