Самовосстанавливающаяся электроника

14.09.09 | Рубрика: Потребители энергии. Просмотры: 969

Падение мобильного телефона или ноутбука может нанести непоправимый ущерб аппарату, а приобретение дорогостоящих и не всегда отличающихся привлекательным видом (и полноценной функциональностью) защищённых устройств часто не является выходом. Исследователи работают над альтернативными решениями и занимаются разработкой материала, который предоставит электронным схемам способность к самовосстановлению при небольших, но критических повреждениях, вызванных, например, падением.

Наполненные нанотрубками с проводящими свойствами капсулы, которые разрываются при механическом воздействии, могут быть помещены на электронные платы в зонах потенциального риска. В критической ситуации, ведущей к нарушению целостности схемы, некоторые капсулы также будут разрушаться и высвобождать нанотрубки для создания нового электрического соединения. Кроме того, учёные из Университета Иллинойса (University of Illinois) обращают внимание на добавки к капсулам, способные исправить отказы электродов литий-ионных аккумуляторов, являющиеся иногда причинами коротких замыканий и пожаров.

Предыдущие исследования на тему самовосстанавливающихся материалов преимущественно концентрировались на возвращении механических свойств после неблагоприятных событий. Например, этим же специалистами созданы покрытия, способные устранять царапины и предотвращать коррозию на морских судах или автомобилях. Теперь коллектив применил эту технику к проблеме восстановления электронных свойств. «Мы обратили внимание на наиболее распространённые сбои в мобильных телефонах и другой портативной электронике», — говорит профессор материаловедения и инженерии в Университете Иллинойса Пол Браун (Paul Braun), возглавляющий проект вместе с профессором химии Джеффри Муром (Jeffrey Moore). Такие неполадки станут ещё более серьёзной проблемой с распространением гибкой электроники, способной выдержать намного большие нагрузки.

Чтобы создать самовосстанавливающийся материал, Браун и Мур заключили углеродные нанотрубки в полимерные сферы около 200 мкм в диаметре. Нанотрубки были выбраны по причине их высоких электропроводных свойств и вытянутой формы, которая прекрасно подходит для связывания разрывов и создания шунтов. В концептуальных экспериментах учёные разрушали капсулы отдельно и помещали образовавшуюся субстанцию между концами двух электрических щупов. Нанотрубки формировали мост, замыкавший цепь между ними. Хотя полимер не проводит ток, это не стало препятствием – была зафиксирована электрическая проводимость. «Восстановление электронных свойств – это фантастика», — говорит доцент химии в Техасском университете (University of Texas) в Остине Кристофер Биелавски (Christopher Bielawski), который также занимается разработкой электронных материалов, способных восстанавливать себя. «Часто выход из строя устройства вызван выгоранием цепи или конденсатора, — поясняет учёный. – Это критично в ситуациях, если вы не можете отремонтировать его, например в спутниках или субмаринах». Чтобы решить проблему, инженеры в настоящее время придают системам избыточность. Самовосстанавливающиеся схемы могут сделать устройства для подобного удалённого применения более лёгкими, эффективными и дешёвыми.

Профессор материаловедения и инженерии в Северо-западном университете (Northwestern University) в Эвенстоне, Иллинойс, Марк Херсэм (Mark Hersam) также видит потенциал технологии в сфере батарей. «Сбои в литий-ионных батареях могут быть катастрофическими», приводя к взрыву, когда коррозия вызывает короткое замыкание, говорит Херсэм. В прошлом месяце профессор объединил усилия с учёными из Университета Иллинойса в рамках спонсируемого Министерством энергетики США проекта по разработке самовосстанавливающихся материалов для батарей. Возможно, будут созданы полимеры для капсул, реагирующие на химические изменения наподобие коррозии. «Разумеется, вы не захотите увеличивать массу батарей лишними компонентами, — говорит Браун. То же относится к электронным схемам. Но необходимости в больших количествах капсул нет. – Вы можете добавить небольшое количество, потому как сбои в электронике имеют тенденцию к появлению в одних и тех же точках структуры каждый раз». В настоящий момент исследователи ищут пути точного расположения сфер. По словам Брауна, его группа обратила внимание на технику электронапыления. Также проводятся тесты с более приближёнными к реальным условиями, включая изучение проводимости материалов.

Метки:: Christopher Bielawski, Jeffrey Moore, Mark Hersam, Northwestern University, Paul Braun, University of Illinois, University of Texas, Джеффри Мур, Кристофер Биелавски, литий-ионная аккумуляторная батарея, Марк Херсэм, Министерство энергетики США, Пол Браун, Северо-западный университет, Техасский университет, Университет Иллинойса