В наши дни, когда уже разработано большое количество разнообразных нано- и микроскопических устройств и материалов, одной из самых больших проблем является поиск практических путей включения их в макросистемы. Было весьма заманчиво включать крошечные датчики, приводные механизмы и электронные микроприборы в конструкцию больших устройств, используемых в повседневной жизни. Однако, поштучная установка таких микроустройств в макрообъектах является весьма затратным делом.
В рамках своей работы ученые из Стэнфордского университета (Stanford University), США, разработали сеть из микропроводов и микроузлов, способную расширяться по площади от нескольких квадратных сантиметров до одного квадратного метра при очень низком уровне напряжения в материале. Таким образом, эту систему можно растягивать в двух измерениях более чем на 25600%. Идея состоит в том, чтобы без особых усилий собрать компактную микроскопическую или наноскопическую систему на очень малой площади, а потом, растянув сеть, моментально распределить микроустройства по большой площади.
Работа Джулии Ланцары (Giulia Lanzara), Фэна Цзяньминя (Janmin Feng) и Чана Фуго (Fu-Kuo Chang) с факультета аэронавтики и астронавтики в Стэнфордском университете была опубликована в последнем номере журнала Smart Materials and Structures.
Созданная учеными сеть состоит из 5041 микроузлов, каждый диаметром 200 микрометров. В этих узлах могут располагаться миниатюрные датчики, передаточные механизмы и т.п. Узлы связаны микроволоками на манер рыболовной сети. Ключевым здесь является искусственное расположение микропроволок со сложенными во много раз петлями. Таким образом, беспрецедентное расширение и сужение сети не связано с механической деформацией материала; скорее оно напоминает расширение и сжатие мехов аккордеона.
Покрыв микропроволоки слоем алюминия, ученые добились превращения системы в электрическую сеть – с ее помощью можно питать самые разнообразные электрические устройства, размещенные в узлах. Микроузлы на краях сети могут использоваться для ввода и вывода электрических сигналов.
Технология создания сети также весьма необычна. В качестве основы для нее выступает полиимидная пленка «каптон», используемая, в частности, в качестве изоляции для космических скафандров и электропроводки в космических шаттлах NASA. Сеть просто вырезается из десятисантиметрового куска пленки вместе со всеми необходимыми петлями и изгибами микропроволок.
«Предложенный мной подход на понятийном уровне очень прост, но до сих пор он никому не приходил в голову», — пишет Ланцара. «Вместо того, чтобы пытаться растягивать материал на большую площадь, полагаясь только на его физические свойства, почему бы просто не удалять лишнее вещество, придавая оставшемуся форму смотанных петлями микропроволок и наноузлов? Таким образом, просто разматывая микропроволоки, материал можно растянуть на несколько порядков величины по сравнению с его исходным размером при очень низком механическом напряжении. Такая конструкция позволяет достичь степеней растяжения, намного превышающих способности к растягиванию любого известного на сегодняшний день материала».
Авторы работы видят огромное количество приложений для своего изобретения. Оно не только поможет распределять микродатчики по большой площади, но и позволит создавать чрезвычайно компактное электронное оборудование, дисплеи толщиной с бумажный лист, «умные» электронные ткани и тому подобное; стать основой для сверхпрочных и сверхлегких материалов для нужд авиастроения или для содержащей огромное количество датчиков искусственной кожи.
В любом случае, возможность строить нечто в микромасштабе, а затем легко переводить его в макромасштаб открывает огромные возможности для науки и техники. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на physorg.com.