Perlindungan sirkuit kohesif untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan
Spotlight

Perlindungan sirkuit kohesif untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan


Gambar 1. Air merugikan perangkat elektronik karena mudah menyebabkan korsleting dan kecelakaan, seperti panas berlebih / penyalaan. Dengan melapisi sirkuit elektronik dengan cellulose nanofibers (CNFs), adalah mungkin untuk mencegah korsleting yang diinduksi air dengan pendekatan yang sama sekali berbeda dibandingkan dengan pelapis waterproofing konvensional. Kredit: Universitas Osaka

Sebagian besar perangkat elektronik tidak tahan air, Anda akan sangat kesal jika sprinkler tiba-tiba menyemprot Anda saat Anda berbicara di luar menggunakan ponsel. Beberapa elektronik dapat dibuat setidaknya kedap air dengan, misalnya, menggunakan lem khusus untuk menyatukan komponen luar. Elektronik fleksibel adalah cerita lain. Bahan sealant mereka harus dapat dibengkokkan, namun dengan teknologi saat ini tidak dapat dihindari bahwa sealant seperti itu pada akhirnya akan retak atau terpisah dari perangkat — dan begitulah lapisan kedap air Anda.

Peneliti bertekad untuk menemukan solusi. Serat nano selulosa adalah lapisan polimer yang diusulkan untuk elektronik fleksibel. Serat ini terbuat dari sumber daya terbarukan dan ramah lingkungan. Namun, mereka biasanya menyerap air — biasanya dianggap sebagai batasan yang fatal untuk memberikan ketahanan air.

Dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan di Bahan Nano Terapan ACS, para peneliti dari Universitas Osaka mengembangkan serat nano selulosa penyembuhan diri yang sedikit menyebar dalam air dan bertindak untuk melindungi elektroda tembaga, memungkinkan elektroda berfungsi untuk waktu yang lama. Mekanisme perlindungan sirkuit fleksibel para peneliti mempertahankan fungsi elektroda di bawah air dan dapat menjalani ratusan siklus pembengkokan.

“Dalam pekerjaan awal kami, elektroda tembaga yang tidak terlindungi gagal setelah lima menit meneteskan air ke atasnya,” kata Takaaki Kasuga, penulis utama. “Hebatnya, lapisan serat nano selulosa mencegah kegagalan selama setidaknya satu hari dari tantangan air yang sama.”

Kenapa ini? Ingatlah bahwa serat selulosa tidak menolak air. Sebaliknya, lapisan polimer ini bermigrasi dalam elektroda sedemikian rupa untuk mencegah pembentukan filamen logam konduktif yang menyebabkan korsleting. Elektroda bahkan mempertahankan fungsinya setelah lapisan seluosa tergores untuk mensimulasikan kerusakan tekukan.

Perlindungan sirkuit kohesif untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan

Gambar 2. Sirkuit pendek yang diinduksi air disebabkan oleh pertumbuhan dendritik dari katoda. Ketika sirkuit listrik menjadi basah, ion tembaga larut dari anoda dan bermigrasi ke katoda. Ion tembaga kemudian direduksi di katoda dan mengendap dalam bentuk dendritik. Namun, dengan lapisan pelindung selulosa nanofiber (CNF), medan listrik yang diterapkan dan air mendorong dispersi dan migrasi CNF ke arah anoda, dan lapisan hidrogel pelindung terbentuk di sekitar anoda. Lapisan hidrogel dapat menjebak ion Cu; oleh karena itu, hubung singkat antarelektroda dicegah selama minimal 24 jam. Kredit: Universitas Osaka

“Hasil kami tidak disebabkan oleh pertukaran ion sederhana atau panjang serat nano,” jelas Masaya Nogi, penulis senior. “Serat nano berkumpul dalam air menjadi lapisan pelindung yang dibuat kohesif oleh kondisi asam lokal dan ikatan silang polimer.”

Pengujian yang lebih ketat dari lapisan polimer adalah kinerjanya setelah 300 siklus pembengkokan di bawah air selama satu jam. Lapisan polimer konvensional biasanya gagal, tetapi serat nano selulosa terus menyalakan LED.

Perlindungan sirkuit kohesif untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan

Gambar 3. Air pasti akan menembus lapisan kedap air jika rusak, dan air dapat dengan mudah menyebabkan malfungsi karena pertumbuhan dendrit. Serat nano selulosa (CNF) bermigrasi ke arah anoda dan gel, sehingga menghambat korsleting bahkan jika lapisan film CNF rusak. Kredit: Universitas Osaka

“Anda akan dapat meregangkan, membengkokkan, dan melipat elektronik dengan lapisan kami, dan mereka akan tetap mempertahankan ketahanan airnya,” kata Kasuga. “Ini sangat penting untuk digunakan dalam aplikasi dalam kondisi ekstrim di mana kegagalan perangkat tidak dapat diterima — misalnya, perangkat medis yang digunakan dalam tanggap darurat bencana.”

Dalam pekerjaan pendahuluan, bahkan ketebalan lapisan polimer ultrathin hanya 1,5 mikrometer, dan beberapa polimer lainnya, dilakukan serupa dengan pengaturan awal yang diuji. Mereka akan menjadi bahan pokok elektronik yang dapat dikenakan, dan mungkin bahkan perangkat medis, di tahun-tahun mendatang.


Dari nata de coco ke layar komputer: Selulosa berpeluang bersinar


Informasi lebih lanjut:
Takaaki Kasuga dkk. Lapisan Nanofiber Selulosa pada Elektroda Cu untuk Perlindungan Kohesif terhadap Kegagalan Sirkuit Pendek Akibat Air, Bahan Nano Terapan ACS (2021). DOI: 10.1021 / acsanm.1c00267

Disediakan oleh Universitas Osaka

Kutipan: Perlindungan sirkuit kohesif untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan (2021, 1 April) diambil pada 1 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-cohesif-circuit-wearable-electronics.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini