可伸缩电子产品广泛应用于医疗保健、能源和军事领域,因其能够在不平整的表面上进行压缩、扭曲和调整而不丧失功能而备受推崇。
通过使用聚合物(如硅酮)的弹性,这些新兴技术可以模仿皮肤的运动方式。
这就解释了为什么Smooth-On Ecoflex,一种商业上用于制作模具、电影面具和假肢的物质,是研究中发现的最杰出的硅酮弹性体(一种类似橡胶的物质)。
在处理材料样本时,德克萨斯农工大学J. Mike Walker ' 66机械工程系的助理教授马特·法尔博士和研究生李承贤最近发现了一种新型骨折。
“我在可伸缩电子领域做过一些工作,所以我有很多博士后时的材料。我们不得不把样品储存在办公室里,同样地,我这里也有一些,因为我们打算在一个项目中使用它们,但我们最终没有做。我紧张的时候会坐立不安,当我摆弄它的时候,我注意到一些奇怪的东西。”
这个奇怪的现象就是Pharr和Lee在他们最近的出版物“硅酮弹性体中横向和稳定裂纹扩展”中提到的横向裂纹。当断裂从裂纹尖端分叉并垂直于原始撕裂时,就会出现这种现象。
他们的发现不仅为裂缝的形成以及如何提高弹性体的延展性提供了一个新的视角,而且也为更多的抗撕裂和抗断裂材料奠定了基础。
“最初,这种材料是同位素,这意味着它在各个方向上都有相同的特性。但是一旦你开始拉伸它,就会导致材料的微观结构发生变化,使其各向异性——在所有不同方向上都有不同的性质,”Pharr说。“通常,当人们考虑给定材料的断裂时,他们并没有考虑到基于方向的断裂阻力不同。”
然而,这种概念对可伸缩电子产品的创新和发展至关重要。
正如法尔所解释的,在装载时,带有切口的聚合物往往会从一端到另一端被撕开。然而,表现出侧向开裂的材料会阻止裂缝加深。相反,切口只是沿着弹性体的其余部分扩展,最终,一旦拉伸足够大,看起来就只是材料表面的一个小凹痕——消除了来自原始裂缝的进一步威胁。
这使得弹性体的无损部分保持其承重和功能特性,同时增加了拉伸性能。
展望未来,通过研究如何逆向工程导致横向断裂的微观结构,研究人员可以利用与之相关的好处,并开发出通常不会出现此类断裂的材料的应用方法。这将使用于可拉伸电子产品的极薄弹性体具有更好的抗断裂性,以及更大的可拉伸性——这两者都是此类技术的进步和未来可用性的关键。
“对我来说,这在科学上很有趣,”法尔说。“这是出乎意料的时候。看到一些我不期待的东西总是会激发好奇心。(这些材料)就放在我书桌的抽屉里,而这些灵感都来自于玩耍。”
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