29/06/2021
Door Ad Spijkers
Wil je een smartphone die uitrekt, schade oploopt en toch geen oproep mist? Met nieuwe soft elektronica kan het.
Een team onderzoekers van het Virginia Polytechnic Institute in Blacksburg (VirginiaTech) heeft een nieuw type zachte elektronica gecreëerd, dat de weg vrijmaakt voor apparaten die zelfherstellend, herconfigureerbaar en recyclebaar zijn. Deze huidachtige circuits zijn zacht en rekbaar en kunnen veel schade lijden onder belasting zonder verlies van elektrische geleidbaarheid. Ook kunnen ze aan het einde van de levensduur van een product worden gerecycled om nieuwe circuits te genereren.
Zachte elektronica
Huidige consumentenapparaten, zoals telefoons en laptops, bevatten harde materialen met gesoldeerde draden. Het zachte circuit vervangt deze onbuigzame materialen door zachte elektronische composieten en kleine, elektriciteit geleidende druppeltjes vloeibaar metaal. De zachte elektronica maakt deel uit van een snel opkomend technologiegebied dat gadgets een duurzaamheidsniveau geeft dat een paar jaar geleden onmogelijk zou zijn geweest.
De vloeibare metaaldruppels worden aanvankelijk gedispergeerd in een elastomeer, een soort rubberachtig polymeer, als elektrisch geïsoleerde, discrete druppels. Om circuits te maken, hebben de onderzoekers een schaalbare benadering geïntroduceerd door middel van reliëf. Hiermee kunnen ze snel afstembare circuits maken door druppeltjes selectief met elkaar te verbinden. De onderzoekers kunnen de druppeltjes lokaal ook weer uit elkaar halen om circuits opnieuw te maken. Ze kunnen de circuits zelfs volledig oplossen om alle verbindingen te verbreken om de materialen te recyclen, en dan weer bij het begin te beginnen.
Onbreekbaar
De circuits zijn zacht en flexibel, net als de huid, en blijven zelfs bij grote schade functioneren. Zelfs als er een gaatje in de circuits wordt geponst, kunnen de metalen druppeltjes nog steeds stroom overdragen. In plaats van de verbinding volledig door te snijden, wat het geval is bij een traditionele draad, maken de druppeltjes nieuwe verbindingen rond het gat om elektriciteit te blijven doorlaten.
De circuits zullen ook uitrekken zonder hun elektrische verbinding te verliezen. Het onderzoeksteam heeft het circuit tijdens de ontwikkeling tot meer dan tien keer de oorspronkelijke lengte getrokken.
Aan het einde van de levensduur van een product kunnen de metalen druppeltjes en de rubberachtige materialen opnieuw worden verwerkt. Ze worden teruggebracht in een vloeibare oplossing, waardoor ze effectief recyclebaar worden. Vanaf dat moment kunnen ze opnieuw worden gemaakt om een nieuw leven te beginnen, een aanpak die een weg biedt naar duurzame elektronica.
Vooruitzichten
Er is nog geen rekbare smartphone gemaakt, maar de ontwikkeling is ook veelbelovend voor draagbare elektronica en zachte robotica. Deze opkomende technologieën vereisen zachte, robuuste schakelingen om de sprong naar consumententoepassingen te maken.
De onderzoekers zien de materialen als belangrijke componenten voor opkomende zachte technologieën. Hun werk komt dichter bij het creëren van zachte circuits die kunnen overleven in een verscheidenheid aan toepassingen in de praktijk.
Foto: VirginiaTech - Alex Parrish