Elastische elektronica; tot vier maal eigen lengte (video)

Wetenschappers van de Zwitserse technische universiteit EPFL hebben geleidende verbindingen ontwikkeld die tot op vier maal hun originele lengte kunnen worden uitgerekt. Ze kunnen worden gebruikt in kunstmatige huid, intelligente kleding en sensoren op het lichaam.

Geleidende sporen worden gewoonlijk hard geprint op een PCB. Maar de geleiders die EPFL heeft ontwikkeld zijn totaal anders: ze zijn bijna even flexibel als rubber en kunnen in alle richtingen worden uitgerekt. En dat kan een miljoen keer worden gedaan, zonder dat ze beschadigen of dat de geleiding wordt onderbroken.

 

De nieuwe metallische en deels vloeibare film biedt een uitgebreid scala aan toepassingen. Hij kan worden gebruikt voor het maken van circuits die kunnen torderen en rekken - ideaal voor kunstmatige huid op protheses of robots. Hij is ook te integreren in textiel, zodat ‘connected' kleding kan worden gemaakt. En omdat hij de vorm en bewegingen van het menselijk lichaam volgt, is hij ook heel geschikt voor sensoren die bepaalde biologische functies moeten bewaken.

 

"We kunnen allerlei soorten toepassingen bedenken, in complexe vormen die bewegen of telkens veranderen", zegt Hadrien Michaud, doctoraalstudent op het Laboratory for Soft Bioelectronic Interfaces (LSBI) en een van de auteurs van een artikel over het onderzoek.

 

Er is buitengewoon veel onderzoek gedaan ten behoeve van de ontwikkeling van een elastisch elektronicacircuit. Het is een behoorlijk uitdaging, want alle traditioneel gebruikte componenten zijn rigide. Het aanbrengen van vloeibaar metaal op een polymeer film met elastische eigenschappen lijkt een veelbelovende benadering.

 

Dun en betrouwbaar

Vanwege de hoge oppervlaktespanning van sommige van deze vloeibare metalen, zijn tot dusverre alleen experimenten gedaan met relatief dikke structuren. "Met de depositie- en structureermethoden die wij nu hebben ontwikkeld, is het mogelijk om heel smalle sporen te maken - van enkele honderden nanometer dik - die toch heel betrouwbaar zijn", zegt Stéphanie Lacour, houdster van de Bertarelli Foundation Chair in Neuroprosthetic Technology en leider van het lab.

 

Naast de unieke productietechniek ligt het geheim van de wetenschappers in de keuze van ingrediënten: een legering van goud en gallium. "Gallium heeft niet alleen goede elektrische eigenschappen, maar ook een laag smeltpunt van ongeveer 30 °C", zegt doctoraalstudent en medeauteur Arthur Hirsch. "Het smelt dus in je hand en dank zij een proces dat bekend is als supercooling blijft het vloeibaar bij kamertemperatuur en zelfs minder". De laag goud zorgt ervoor dat het gallium homogeen blijft, en niet uit elkaar valt in druppels, als het in contact komt met het polymeer. Dat zou fataal zijn voor de geleiding.