Швейцарцы сшили проводящее волокно

Швейцарские исследователи научились создавать высокоэластичные композитные волокна, способные обратимо растягиваться почти в шесть раз. Они смогли создать таким способом оптическое волокно, а также проводящее волокно с электродами из жидкого сплава и углерода, сообщается в журнале Advanced Materials.

Разработчики носимой электроники создают прототипы устройств, сделанные из мягких, эластичных и проводящих материалов. Это делает устройства удобнее в ношении, а также защищает их от механического повреждения. Но технологии создания таких материалов пока недостаточно развиты и на практике они применяются редко, поэтому ученые и инженеры продолжают поиск новых материалов и методов их создания.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали метод создания композитного волокна, объединяющего в себе несколько материалов и способного растягиваться в несколько раз. Они использовали метод термовытяжки из преформы, который применяют для создания оптоволокна. Для этого сначала создается большая относительно толщины волокна заготовка, в которой материалы расположены в том порядке, в котором они должны находиться в волокне. После этого заготовка нагревается и из нее вытягивается во много раз более тонкое волокно, причем во время этого процесса можно непрерывно создавать километры волокна, наматывая его на барабан.

Ученые выбрали в качестве основы волокна сополимер, состоящий из двух фаз — твердой и мягкой. Регулируя соотношение этих фаз можно управлять свойствами материала, в том числе вязкоупругость и температуру размягчения, которые важны для процесса термовытяжки. Подобрав оптимальное соотношение для основы волокна исследователи начали экспериментировать с различными дополнительными материалами и структурами их организации в волокне. К примеру, они создали оптоволокно, сердцевина которого состоит из жесткого поликарбоната, а оболочка из мягкого сополимера. Кроме того, они создали несколько вариантов проводящих волокон, в которых за проводимость отвечает проводящий полимер с включениями технического углерода или жидкий при комнатной температуре сплав, такой как галинстан. Протестировав одно из таких волокон исследователи обнаружили, что оно может обратимо растягиваться в почти шесть раз.

Авторы предложили множество применений таким волокнам. Например, их можно встраивать в одежду или в роботов и по увеличению сопротивления измерять растяжение волокна. Кроме того, они создали прототип клавиатуры на основе волокна с двумя электродами. Во время нажатия на клавишу, нарисованную на волокне, электроды соединяются и напряжение в схеме меняются.