Тканые электросхемы выдерживают стирку, выкручивание и попадание пули

Электронные схемы, способные сохранять свою функциональность в самых неблагоприятных сценариях использования, предусматривающих растягивание и другие объемные деформации, а также чистку и сушку в стиральной машине, сделали бы возможным появление новых типов продуктов — неломающихся телефонов, носимой электроники, являющейся частью одежды, полицейского и военного оборудования повышенной надежности.

Экспериментируя с новыми материалами и процессами два инженера из Политехнического университета Гонконга пришли к интересному решению, которое может помочь осуществить все вышесказанное. Они разработали новую технологию компьютеризованного вязания и применили ее для изготовления ткани из ниток, содержащих как обычную текстильную пряжу, так и электропроводящие металлические волокна.

В серии статей, выбранных для публикации в ноябрьском выпуске вестника Proceedings of the Royal Society A, описывается как сама новая технология, так и результаты испытаний созданных с ее помощью тканых электронных схем (fabric circuit boards, FCB).

Исследователи утверждают, что в своем нынешнем виде их FCB готовы к использованию. Из них можно связать или сшить, например, джемпер, и он будет комфортным и носким, при том, что сможет преобразовывать солнечную энергию в электричество или регистрировать различные показатели человеческого организма и окружающей среды.

Тканые схемы, как и их обычные аналоги могут быть однослойными или объемными — состоящими из многих слоев. В тестах они демонстрировали высокую электрическую стабильность: сопротивление менялось менее, чем на 1% даже при четырехкратном растяжении или при ударном сжатии на 150%, соответствующем попаданию пули в одетый поверх ткани бронежилет. Великолепную износостойкость гарантирует подтвержденное измерениями сохранение работоспособности после миллиона циклов нагрузки с интенсивностью 20% от максимальной или после 30 машинных стирок.

Теоретический анализ и компьютерное моделирование показали, что структурное преобразование нагрузки переплетением нитей ослабляет ее воздействие на металлические волокна. Благодаря этом по механическим и электрическим свойствам новый материал значительно превосходит уже известные гибкие схемы из пленок эластомеров и других органических материалов с металлическим покрытием.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365