Képzeljünk el egy rugalmas digitális képernyőt, amely meggyógyítja magát, ha elrepedne, vagy egy fénykibocsátó robotot, amely sötét, veszélyes környezetben is megtalálja a túlélőket, esetleg mezőgazdasági vagy űrkutatási feladatokat végezhet.

A Szingapúri Nemzeti Egyetemen kifejlesztett új anyag valósággá változtathatja ezeket az ötleteket.

Az új, nyújtható anyag, fénykibocsátó kondenzátor-készülékekben használva, az eddigieknél sokkal alacsonyabb üzemi feszültségeknél is jól látható megvilágítást tesz lehetővé, és az öngyógyító tulajdonságai miatt ellenáll a sérüléseknek.

A HELIOS (Healable, Low-field Illuminating Optoelectronic Stretchable) nevű anyagot Benjamin Tee asszisztens professzor csapata a NUS mérnöki karának Egészségügyi Innovációs és Technológiai Intézete és az Anyagtudományi és Műszaki Tanszék munkatársaival közösen valósította meg.

Elektronikus ruházat és lágyrobotok

„A hagyományos, nyújtható optoelektronikai anyagoknál a látható fényerő eléréséhez nagyfeszültségre és magas frekvenciákra van szükség, amelyek korlátozzák a hordozhatóságot és az élettartamot. Az ilyen anyagokat nehéz biztonságosan és csendesen alkalmazni az ember-gép interfészeken” - magyarázta Tee professzor. E kihívások leküzdése érdekében az öt NUS-kutatóból álló csapat 2018-ban kísérleti úton elkezdte tanulmányozni a lehetséges megoldásokat, végül egy év elteltével megszületett a HELIOS.

A nyújtható optoelektronikai anyagok elektronikus működési feltételeinek javítása érdekében kifejlesztett anyagnak magas a dielektromos permittivitása és öngyógyító tulajdonságai jelentősek.

Az anyag egy átlátszó, elasztikus gumilap, amely a fluorelasztomer és a felületaktív anyagok egyedi keverékéből áll. A nagy dielektromos stabilitás lehetővé teszi, hogy több elektronikus töltést tároljon alacsonyabb feszültségeknél, ami nagyobb fényerőt tesz lehetővé, ha egy fénykibocsátó kondenzátor-készülékben használják.

A meglévő, nyújtható, fénykibocsátó kondenzátorokkal ellentétben a HELIOS-kompatibilis eszközök negyedakkora feszültséggel bekapcsolhatnak, és több mint 20-szor erősebb megvilágítást érhetnek el. Az anyag használatával 1460 cd/m2 megvilágítást értek el 2,5 V/μm-nél, amely a mai napig a legmagasabb megvilágítási érték nyújtható, fénykibocsátó kondenzátorok által, és már a mobiltelefonok képernyőinek fényerejével is összevethető.

Az alacsony energiafogyasztás miatt a HELIOS hosszabb élettartamú lehet, biztonságosan felhasználható az ember-gép interfészekben, és vezeték nélkül tölthető a hordozhatóság javítása érdekében. A HELIOS ellenáll a tépésnek és a lyukasztásnak is. Az anyag molekulái közötti megfordítható kötések megszakadhatnak és újra kialakulnak, ezáltal lehetővé téve az anyag számára, hogy adott környezeti feltételek mellett öngyógyuljon.

A HELIOS lehetséges hatásait leírva, Tee elmondta: „A fény az emberek és a gépek közötti kommunikáció nélkülözhetetlen eszköze. Mivel az emberek egyre inkább függnek a gépektől és a robotoktól, óriási érték rejlik abban, hogy a HELIOS-t szinte tönkretehetetlen fénykibocsátó eszközök vagy kijelzők létrehozására használják, amelyek nemcsak tartósak, de energiahatékonyak is.

Ez hosszú távú költségmegtakarítást eredményezhet a gyártók és a fogyasztók számára, csökkentheti az elektronikus hulladék mennyiségét és az energiafogyasztást, és lehetővé teheti pénztárca- és környezetbarát fejlett megjelenítési technológiák bevezetését.”

Következő lépések

A NUS csapata szabadalmaztatta az új anyagot, és megvizsgálják  a speciális csomagolás, biztonsági világítótestek, hordható eszközök, autóipari és robotikai alkalmazások területén történő alkalmazhatóságát. A kutatás eredményeiről először 2019 december 16-án számoltak be a Nature Materials rangos természetvédelmi folyóiratban.

(Forrás: NatureMaterials Képek: NUS, WPF)