Командой ученых из Токийского университета получен новый материал, позволяющий печатным способом изготавливать проводящие схемы на эластичной (тканой или резиновой) основе. Об этом рассказывает статья в журнале Nature Materials.

Для того, чтобы добиться сочетания высокой электропроводности и растяжимости, ученым потребовалось смешать четыре компонента. Созданный ими пастообразный материал содержит серебряные хлопья микрометровой величины, фторсодержащие каучук и ПАВ (поверхностно-активное вещество), а также органический растворитель.

По результатам испытаний этот материал во всех отношениях превзошёл эластичный проводник, созданный тем же коллективом два года назад. В ненагруженном состоянии печатные дорожки имели проводимость 4,972 сименса на сантиметр. После растяжения на 200% от первоначальной длины (в три раза) измерения показали 1070 См/см, что почти в шесть раз превосходит проводимость прежнего материала (192 См/см). Даже при пятикратном растяжении сохранялась проводимость 935 См/см — наивысшая из зарегистрированных до сих пор для такой деформации.

Исследование под сканирующим электронным микроскопом показало, что уникальными свойствами новый материал обязан серебряным наночастицам с габаритами в тысячу раз меньше, чем у исходных хлопьев. Они образуются в процессе печати и нагрева композитной пасты и равномерно распределяются по всему объему фторсодержащей резины.

Варьируя переменные, такие как молекулярный вес каучука, ученые могли управлять распределением и концентрацией наночастиц, а ПАВ и нагревание ускоряли их формирование и влияли на размер.

В демонстрационных целях участники исследования целиком изготовили из нового проводника печатным способом на тканой основе эластичные схемы датчиков температуры и давления. Полученные таким образом сенсоры давали точные показания даже после растяжения на 250%.

Новый материал пригоден для использования с высокопродуктивными печатными процессами. Авторы сейчас ведут поиск альтернативы серебряным хлопьям для снижения себестоимости эластичных схем, экспериментируют с другими составами смеси и с полимерами, не содержащими фтор.