Alimlər yumşaq sensorlar üçün özünü bərpa edən və təkrar emal oluna bilən yeni altlıq materialı hazırlayıblar

Sinqapur Milli Universitetinin (NUS) Dizayn və Mühəndislik Kollecinin alimləri yumşaq sensorların istismar müddətini uzada biləcək, özünü bərpa edən və təkrar emal oluna bilən yeni altlıq materialı hazırlayıblar. Tədqiqatçıların fikrincə, bu yenilik sağlamlığın monitorinqi, virtual reallıq və elektron dəri texnologiyalarında istifadə olunan çevik elektron cihazların daha dayanıqlı olmasına, eyni zamanda elektron tullantıların azalmasına töhfə verə bilər.

Tədqiqatın nəticələri 2026-cı il iyunun 19-da Nature Sustainability jurnalında dərc olunub.

Yumşaq sensorlar hərəkət, temperatur və rütubət kimi fiziki dəyişiklikləri elektrik siqnallarına çevirir. Lakin davamlı əyilmə və sürtünmə nəticəsində onların metal keçiriciləri polimer altlıqdan qopa bilir, kəsik və digər fiziki zədələr isə cihazı tamamilə yararsız vəziyyətə sala bilir. Bundan əlavə, hazırda geniş istifadə olunan neft mənşəli altlıq materiallarının təkrar emalı çətin olduğundan onlar ətraf mühit üçün də əlverişli hesab edilmir. Bu problemi həll etmək məqsədilə alimlər IDBS (Intrinsically Dynamic Biosubstrate) adlandırılan yeni biosubstrat hazırlayıblar. Layihəyə universitetin Maşınqayırma Mühəndisliyi Departamentinin dosenti Çjay Vey rəhbərlik edib. Alim bildirib ki, layihədə əsas məqsəd davamlılıq və təkrar emal imkanlarını vahid yanaşmada birləşdirmək olub. "Altlıq materialı istismar dövründə cihazın bütövlüyünü qorumalı, istifadə müddəti başa çatdıqdan sonra isə onun təhlükəsiz şəkildə sökülməsinə və komponentlərin yenidən istifadəsinə imkan verməlidir", – deyə o qeyd edib.

Yeni material iki təbii mənşəli birləşmənin – canlı hüceyrələrdə rast gəlinən lipo turşusu və bitki toxumları ilə dənli bitkilərdə bol olan fitik turşusunun qızdırılaraq birləşdirilməsi yolu ilə əldə edilib. Hazırlanma prosesində nə katalizatorlardan, nə də üzvi həlledicilərdən istifadə olunub.

Materialın molekulyar quruluşu üç müxtəlif növ kimyəvi rabitə hesabına formalaşır. Dinamik disulfid rabitələri zədələnmiş hissələrdə yenidən birləşərək materialın özünü bərpa etməsinə imkan verir. Daha sabit efir rabitələri quruluşun möhkəmliyini qoruyur, hidrogen rabitələri isə dartılma zamanı enerjini udaraq materialın həm elastikliyini, həm də metal səthlərə yapışmasını artırır.

Sınaqlar zamanı materialın bəzi nümunələri qırılmadan əvvəl ilkin uzunluğundan səkkiz dəfədən çox dartılıb. Otaq temperaturunda ciddi zədələnmiş nümunələr altı saat ərzində ilkin möhkəmliyinin 80 faizdən çoxunu, 24 saat sonra isə 90 faizdən artıq hissəsini bərpa edib. Araşdırma göstərib ki, bu göstərici indiyədək təqdim olunmuş əksər özünü bərpa edən elastik materiallardan daha yüksəkdir. Material beş ardıcıl bərpa dövründən sonra da 90 faizdən çox effektivliyini qoruyub.

Tədqiqatçılar yeni materialın sink və gümüş əsaslı metal keçiricilərlə birləşməsini də sınaqdan keçiriblər.

Müəyyən edilib ki, istilik təsiri altında IDBS metal səthlərlə daha güclü əlaqə yaradır. Sink dövrələri ilə birləşmə zamanı 85 dərəcə Selsi temperaturunda emal yapışma qabiliyyətini otaq temperaturu ilə müqayisədə təxminən 10 dəfə artırıb. Gümüş örtüklərlə aparılan sınaqlarda isə IDBS materialının yapışma möhkəmliyi yumşaq elektronikada geniş istifadə olunan PDMS silikonundan üç dəfə, dartılan elektron qurğularda tətbiq edilən SEBS termoplastik materialından isə təxminən 1,5 dəfə yüksək olub.

Alimlərin hazırladığı elektron dəri prototipləri temperaturu, nəfəs zamanı yaranan rütubəti və mexaniki gərilməni uğurla qeydə alıb. IDBS üzərində yerləşdirilən gümüş elektrodlar ürək və əzələ siqnallarını kommersiya məhsulları ilə müqayisə edilə biləcək dəqiqliklə ölçüb. 

Onun sözlərinə görə, tədqiqat göstərib ki, etibarlı və uzunömürlü sensorların hazırlanmasında altlıq materialının xüsusiyyətləri də ən azı keçiricilər qədər vacibdir.

Yeni materialın digər üstünlüyü onun istiliyə həssas quruluşudur. İstifadə müddəti başa çatdıqdan sonra IDBS yenidən qızdırıldıqda yumşalır və metal dövrələr, eləcə də digər elektron komponentlər zədələnmədən ayrılır. Bundan sonra altlıq materialını yenidən formalaşdırmaq mümkündür.

Alternativ olaraq, material etanol vasitəsilə parçalanaraq elektron dövrələrin təmizlənməsinə, gümüş hissəciklərinin bərpa edilərək yenidən keçirici mürəkkəblərin hazırlanmasında istifadəsinə, qalan materialın isə yapışdırıcı kimi təkrar emalına imkan verir.

Tədqiqatçılar bildiriblər ki, material üç dəfə əridilib yenidən formalaşdırıldıqdan sonra belə ilkin elastikliyinin 90 faizdən çoxunu saxlayıb.

Həyat dövrü üzrə aparılan qiymətləndirmə də göstərib ki, IDBS qlobal istiləşmə və ekotoksiklik də daxil olmaqla əksər ekoloji göstəricilər üzrə PDMS, SEBS və poliuretandan daha az ətraf mühit yükü yaradır.

Alimlər növbəti mərhələdə bu texnologiyanı yalnız sensor elementlərinə deyil, həm də siqnalları emal edən elektron komponentlərə tətbiq etməyi planlaşdırırlar. Bunun üçün materialın mikrosxemlər və digər elektron hissələrlə daha etibarlı birləşməsi, həmçinin çevik elektron lövhələrin istehsalı zamanı istifadə olunan yüksək temperaturlara davamlılığının artırılması nəzərdə tutulur.

mənbə: techxplore.com