Elastik İletkenlerin Sınırlarını Zorlamak
Yeni geliştirilen ve 3D yazıcılarda yazdırılabilen elastik bir iletken, Japon bir bilim adamlarından oluşan ekibe göre, orijinal uzunluğunun beş katına kadar uzatılsa bile yüksek iletkenliği koruyor. Yapışkan mürekkep formunda üretilen yeni malzeme, sensör içeren giyilebilir cihazlar için gerilebilir kablolama ağları oluşturmak üzere tekstil ve kauçuk yüzeylerde çeşitli desenlerde kullanılarak basılabilir ve aynı zamanda insan cildi benzeri işlevlere sahip robotlar yaratılabilir. Bilim adamları, bu konudaki çalışmalarını Nature Materials dergisinde yayınladılar.
Kişinin sağlığı, kalp atış hızı veya kas aktivitesi gibi fiziksel performansları izleyebilen giyilebilir cihazlar şu anda piyasada bulunmaktadır ve bu ürünler gün geçtikçe geliştirilmektedir. Dahası, üretim yanında, sağlık hizmetleri ve perakende gibi alanlarda robotların ortaya çıkması, germe-çekme vs. esnasında yüksek zorlamaya dayanabilen esnek iletken malzemeler geliştirilmesi için bu alanda kesinlikle daha fazla çalışma ve uygulama yapılmalıdr.
Takao Someya, Tokyo’daki Mühendislik Enstitüsü’nde ki mevcut çalışmayı denetlediğinde “Giyilebilir cihazlar ve robotlar için artan talebi görebiliyoruz” diyor. ” Bu talebi ve ihtiyacı karşılamak ,ayrıca ürünlerin gelişimini sağlamak ve iyileştirmek için yazdırılabilir elastik iletkenlerin çalışılmasının çok önemli olduğunu düşündük.”
Yüksek derecede gerilebilirlik ve iletkenlik elde etmek için araştırmacılar, bu özelliklere sahip bir elastik iletken üretmek için dört bileşeni birlikte karıştırdı. Bu bileşenler: mikrometre boyutta gümüş pullar, florür kauçuğu, sıvı yüzey gerilimini azaltabilen bir flüorür sürfaktanı(yüzey gerilimini düşüren maddeler) ve florür kauçuğunu çözmek için organik bir çözücü. Elde edilen elastik iletken, 2015’ten önce geliştirilmiş muadiline göre daha iyi performans gösterdi.
Yeni iletkenlerin 3d yazdırıcıda yazdırılan bir örneği, gerilme olmadan 4972 (S/cm ) gibi bir elektrik iletkenliği gösterdi. % 200 veya orijinal uzunluğunun üç katı kadar uzatıldığında iletken, önceki iletken ile ölçülenin yaklaşık altı katı kadar (192 S / cm) ve 1070 S / cm ölçülmüş bir iletkenlik göstermeye devam etti. Yeni iletken, % 400 oranında uzatıldığında veya orijinalinin beş katına kadar gerilmeye maruz bırakıldığında bile, bu gerilme miktarı için kaydedilen en yüksek seviyedeki 935 S / cm’lik iletkenliği gösterdi.
Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile yapılan araştırmalar, iletkenlerin yüksek performansının iletken kompozit macunun basılması ve ısıtılmasından sonra gümüş nanopartiküllerin kendiliğinden birleşmesinden kaynaklandığını gösterdi. Bu nanopartiküller, gümüş pulların binde biri kadardır ve florin kauçuğundaki parçacıklar arasında düzgün bir şekilde dağılmıştır. Someya, “Gümüş nanopartiküllerin oluşmasını beklemiyorduk” diyor.
Ayrıca, bilim adamları, florin kauçuğunun moleküler ağırlığı gibi bazı değişkenleri ayarlayarak, nanoparçacıkların dağılımını ve popülasyonunu kontrol edebildiklerini, yüzey aktif maddenin varlığında ve ısıtma derecesinin oluşumunu hızlandırdırıp nanopartikülün boyutlarını etkilediğini buldu.
Bu iletkenin başka bir testi olarak, bilim adamları tekstil kumaşlarının üzerine gerilebilir basınç ve sıcaklık sensörleri basmak için kullandılar. Yüzeylere ısı ve basınç ile kolaylıkla lamine edilebilen bu sensörler % 250 fazla gerilince bile hassas ölçümler kaydedebildiler. Bu sonuçta, insan yeteneklerini aşmak ve böylece daha zorlu koşullara dayanmak için tasarlanmış robot kollardaki uyumlu ve vücuda oturan spor kıyafetleri veya dirsekler ve dizler gibi yüksek stresli esnek alanlarda kullanılabilmesi için yeterli bir gerilmedir.
Dayanıklı ve şablon veya ekran baskısı gibi geniş yüzey alanlarını kaplayabilen yüksek kapasiteli baskı yöntemleri için uygun olan yeni malzeme kolay kurulum sunmalıdır. Basılı iken gümüş nanopartikülleri oluşturabilm yeteneği, giyilebilir, robotik ve deforme olabilen elektronik cihazlar için geniş bir uygulama yelpazesi gerçekleştirmek için ekonomik bir alternatif sağlar. Someya ve ekibi, benzer şekilde yüksek performanslı diğer elastik iletkenleri imal etmek için içinde fluorin olmayan kauçuklar ,çeşitli malzeme ve işlem kombinasyonları gibi diğer polimerlere bakarken, maliyetleri düşürmek için gümüş pullarınının muadillerini araştırıyorlar.
Kaynak : materialstoday.com
