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Des conducteurs Accordéon pourrait devenir des écrans flexibles

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kirigami conductors

Techniques d’ingénierie Origami-inspiré pourrait aider les chercheurs à développer conducteurs extensibles pour écrans souples à écran plasma et, éventuellement, des panneaux solaires qui peuvent se plier à suivre la lumière du soleil, selon une nouvelle étude.

De plus en plus, les chercheurs du monde entier se développent électronique flexible, tels que les batteries et panneaux solaires, qui pourrait un jour faire leur chemin dans les vêtements et même les corps humains. Mais pour en faire des pièces tels que des fils et des électrodes, les scientifiques ont besoin de conducteurs qui sont tout aussi flexible.

Cependant, les conducteurs extensibles sont difficiles à concevoir; existants, soit ne pas étirer autant ou leur conductivité plonge de façon spectaculaire si elles le font, selon les chercheurs. [ Top 10 des inventions qui ont changé le monde ]

Maintenant, pour la première fois, les scientifiques ont utilisé une variante de l’origami, connu sous le nom kirigami , pour créer conducteurs extensibles. Alors que l’origami pliage conventionnelle utilise uniquement de créer des structures, kirigamiuses fois pliage et la découpe.

Normalement, lorsque les matériaux se étirés, ils peuvent se déchirer, ce qui réduit leur conductivité électrique et donc leur capacité à acheminer l’électricité d’un endroit à l’autre. En outre, il peut être difficile de prédire quand et où les déchirures se produisent, ce qui rend difficile de savoir précisément comment les propriétés des matériaux peuvent changer, selon les chercheurs.

Les coupures de kirigami réduit la conductivité des conducteurs . Cependant, lorsque les conducteurs ont été étirés, leur conductivité est resté stable, a déclaré le co-auteur Sharon Glotzer, un scientifique de calcul à l’Université du Michigan à Ann Arbor. « Les coupures et les plis dans le matériau résultent pas rester plus longtemps en seulement deux dimensions, mais popping out dans la troisième dimension, qui est ce qui lui donne ces propriétés mécaniques extraordinaires », a déclaré Glotzer Live Science.

L’idée de ce travail est venu à partir de plus d’une décennie de collaboration entre le papier artiste Matt Shlian et scientifique des matériaux Max Shtein, deux de l’Université du Michigan à Ann Arbor et co-auteurs de la nouvelle étude. Les dispositifs ont été inspirées par une œuvre d’art à partir Shlian dans laquelle il a coupé une feuille de papier afin qu’il prolonge dans une maille à chevrons – une sorte de motif de zigzag utilisé dans certains tissus – lorsqu’il est étiré.

« Matt premier nous a approchés scientifiques parce qu’il avait un pressentiment de son travail pourrait être intéressant pour les scientifiques, et il a été à la recherche d’inspiration pour son art aussi bien », a déclaré Shtein Live Science. « Ce qui m’a attiré à son travail était comment je puis explore des façons de créer des circuits qui pourraient être tissés et tricotés, et il pourrait intuitivement penser à la façon d’aller de deux dimensions à trois dimensions. »

Le premier prototype du conducteur extensible kirigami inspiré impliqué papier couverte dans les nanotubes de carbone – tuyaux de carbone qui ne sont que des nanomètres, ou milliardièmes de mètre, large qui possèdent une conductivité électrique remarquable. Le motif kirigami utilisé était relativement simple, avec des réductions ressemblant rangées de traits qui se sont ouvertes à ressembler à une râpe à fromage. [ 8 Chemical Elements Vous avez jamais entendu parler ]

Lorsque ce prototype de kirigami a été placée dans un tube de verre rempli de gaz argon et le courant électrique a été exécuté à travers elle, le conducteur extensible tourné le argon dans le plasma incandescent, semblable à une enseigne au néon. Les chercheurs suggèrent que des matrices de tels dispositifs pourraient aider à combler un écran plasma extensible.

Les chercheurs ont ensuite développé leur concept plus loin en créant kirigami microscopique à partir de feuilles de graphène oxyde, un matériau constitué de couches d’atomes de carbone d’épaisseur et de l’oxygène. Elles ces feuilles en sandwich d’oxyde de graphène avec une matière plastique souple, avec un maximum de 30 couches de chaque. Découpes à quelques dixièmes de millimètre de long ont été faites à l’aide de lasers et des plasmas.

En fin de compte, les modèles kirigami pourraient augmenter considérablement la quantité d’étirement ces conducteurs sont capables, à partir de 4 pour cent à 370 pour cent, selon les chercheurs. « Les objets qui sont ostensiblement rigide et enclin à ne pas catastrophique peuvent être faites pour présenter beaucoup de rendement», a déclaré Shtein.

De plus, des modèles informatiques développés par les chercheurs les ont aidés à comprendre exactement comment les modèles kirigami peuvent influencer le comportement des conducteurs extensibles. Cela pourrait les aider à choisir les meilleurs modèles de kirigami pour des applications spécifiques. « Cela ouvre un tout nouveau champ de possibilités pour l’ingénierie des matériaux sur ordinateur, » co-auteur Nicholas Kotov, un nanochemist à l’Université du Michigan, a déclaré à Live Science.

Parmi les applications potentielles de ces conducteurs extensibles est l’énergie solaire. «Nous sommes intéressés à faire un, peu coûteux, de façon évolutive pas cher de créer des matériaux de panneaux solaires qui permettent de suivre le soleil », a déclaré Glotzer.

Origami et kirigami pourraient finalement servir comme un moyen pour stocker des informations en utilisant des plis, Glotzer ajouté. «Nous commençons à explorer cet espace presque infini de possibilités dans la conception, » dit-elle.

Les scientifiques détaillées de leurs conclusions en ligne aujourd’hui (22 juin) dans la revue Nature Materials.

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Electronique

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