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Hohe Flexibilität
Pedro Reis, Dozent am Department of Mathematics des MIT, musste nicht weit gehen, um ein Thema für seine neueste Studie zu finden. Als Reis am Edgerton Center in Gebäude 4 vorbeischlenderte, bemerkte Reis, dass sich winzige Blasen in einem MIT-Logo bildeten, das aus Packband bestand, als es sich langsam von einer Glastür löste.
Ein inspirierendes Zeichen Dieses Klebeband-Logo an der Tür eines MIT-Labors veranlasste den Forscher Pedro Reis, die Physik hinter der Delamination zu untersuchen.
Es ist etwas, das die ganze Zeit um einen herum ist – aber wenn man es anders betrachtet, kann man etwas Neues sehen, sagt er.
Diese Geschichte war Teil unserer September-Ausgabe 2009
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Reis und Kollegen vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung wussten, dass unterschiedliche Geschwindigkeiten der wärmeinduzierten Ausdehnung zwischen einem dünnen Film und der Oberfläche, an der er befestigt ist, dazu führen können, dass sie sich trennen, ein Prozess, der als Delamination bekannt ist. So kann Sonnenlicht zum Beispiel Blasen in Aufklebern an Fenstern erzeugen. Und sie wussten, dass Delamination auch auftreten kann, wenn eine Oberfläche komprimiert wird; die Folie biegt sich mit der Oberfläche, bis die Druckkräfte zu groß werden, wodurch sie von der Oberfläche abplatzt und Blasen bildet.
Um mehr über die Mechanismen der Delamination durch Oberflächenkompression zu erfahren, komprimierten und dehnten die Forscher Oberflächen mit darauf befestigten dünnen Filmen und maßen die Abmessungen der resultierenden Blasen. Ihre Analyse ergab, dass die Bildung, Größe und Entwicklung der Blasen von mehreren Faktoren abhängt: der Elastizität des Aufklebers, der Elastizität der Oberfläche, auf die er geklebt wird, und der Haftfestigkeit zwischen ihnen.
Obwohl Delamination normalerweise vermieden werden sollte, erkannten die Forscher, dass sie ihre Ergebnisse nutzen könnten, um die dehnbare Elektronik für elektronisches Papier und flexible Displays zu verbessern. Diese flexiblen Geräte haben sich als schwierig zu konstruieren erwiesen, da ein Verdrehen dazu neigt, die elektrische Verkabelung zu beschädigen. Indem die Drähte durch einen sorgfältig kontrollierten Delaminationsprozess teilweise vom Material getrennt werden, können Ingenieure dehnbare Elektronik herstellen, die nicht bricht, wenn das Substrat gedehnt und verdreht wird.
Andere haben versucht, dehnbare Elektronik herzustellen, indem sie komplexe Mikrofertigungstechniken verwenden, um Blasen zwischen Drähten und Oberflächenmaterialien zu erzeugen. Dieser Ansatz kann jedoch manchmal dazu führen, dass die Blasen zu groß werden, was zu strukturellen Defekten führt. Das von Reis und seinen Kollegen entwickelte Modell kann für Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften die richtige Blistergröße vorhersagen und so stabilere flexible Materialien herstellen.
Mit dem neuen Modell, das die Forscher in den Proceedings of the National Academy of Sciences beschrieben haben, können Ingenieure die Haftfestigkeit und die elastischen Eigenschaften von Oberflächen und Drähten kontrolliert variieren – zum Beispiel leichter biegsame Handys konstruieren oder Kleidung mit elektronischen Sensoren.