Byl to opravdu multidisciplinární přístup: Výzkumníci z University of Michigan se podíval na kirigami, starobylé japonské umění řezání papíru k řešení jednoho z nejnáročnějších problémů v současném elektronickém výzkumu. Flexibilní elektronika je velkým příslibem pro celou řadu nových produktů, které mohou být začleněny do mnoha předmětů každodenního použití, včetně nositelné elektroniky, pružných plazmových obrazovek a displeje a nakonec solárních panelů, které lze ohýbat směrem ke slunečnímu záření. Až tak roztažné vodiče bylo obtížné navrhnout. Roztažitelné vodiče, které byly dosud vyráběny, buď nejsou velmi flexibilní, nebo nejsou příliš vodivé.
Když se vodivé materiály protáhly, často se trhaly na více místech, což snižuje jejich schopnost vést elektrické impulsy. Výzkumníci z Kotov Lab na University of Michigan používají kirigami, papírovou uměleckou formu, která souvisí s origami, ale používá průřezy kromě skládání, pro zvýšení pružnosti materiálu.
Navrhování flexibilních vodičů, vědci obvykle kombinují materiály s pružnými a vodivými vlastnostmi, jako jsou například polymery a uhlíkové nano-trubice. Vzhledem k tomu, že se kompozitní materiály skládají z pružného a křehkých materiálů, které by obvykle vytvořily mikro-trhliny a ztratily vysoké procento jejich počáteční vodivosti po protažení víc než o 5% jejich původních rozměrů.
Vědci z University of Michigan používají fotolitografie, aby se vytvořila série strategicky umístěných průřezů v celé řadě nových kompozitních materiálů, stejně jako když kirigami z papíru udělá umělec. Zjistili, že díky tomu mohli protáhnout materiál až do velikosti 370 % beze změny vodivosti.
“Jedinečné vlastnosti kirigami nano-kompozitů jako plazmových elektrod otevírají širokou škálu nových technologických řešení pro roztažitelnou elektroniku a optoelektronických přístrojů a i jiné možnosti použití,” píší vědci ve svém článku v časopise Nature Materials.
Nápad na tuto práci vyšel z více než deseti let spolupráce mezi umělcem papírových kirigami Matt Shlian a vědec pro materiály Max Shtein, obou z University of Michigan v Ann Arbor a spoluautorů na nové studie. První prototyp kirigami pružného vodiče byl pauzovací papír pokrytý uhlíkovými nano-trubičkami. Dispoziční řešení byla jednoduchá, s průřezy jako řadami pomlček, které vedly tak, aby se podobaly struhadlu na sýr.
Prototyp ukázal slibné vlastnosti, které byly dále zkoumány v počítačové simulaci, kde se snaží předvídat chování materiálu, když se délky nebo vzory řezů změní. V dalším kroku se vědci pokusili pracovat s jiným, pokročilejším materiálem: Použili speciální papír vyrobený z oxidu grafenu, materiál složený z uhlíku a kyslíku je tlustý jako jeden atom. Tento materiál se převrství do ohebné plastické hmoty, obsahující až 30 vrstev každého materiálu.
Tato technologie je ještě daleko a bude ještě dlouho zkoumána. Byla použita ve skutečných elektronických zařízení a musí být znovu testována a dále rozvíjena, ale ukazuje velký potenciál pro zlepšení vlastností flexibilní elektroniky. V budoucnosti si lidé mohou být schopni vyhrnout rukávy, na kterých nosí elektronická zařízení v podobě svých mobilních telefonů – a to doslova.
